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Stereoskopisches Fernsehmikroskop Die vorliegende Erfindung betrifft
ein stereoskopisches Fernsehmikroskop zur Erzeugung eines dreidimensionalen, vergrößerten
Abbildes eines kleinen Objekts.
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Optische stereoskopische fflkrosko-oe sind seit vielen Jahren verfügbar
und werden insbesondere zur Betrachtung von Untersuchungsobjekten bei niedrigen
Vergrößerungsfaktoren (d - bis 100-fach) verwendet. In den letzten Jahren sind derartige
''ikroskope in steigender Zahl zum Zusammenbau, der Inspektion und der Untersuchung
kleiner elektronischer Bauteile, wie beispielsweise Transistoren u1ld integrierte
Schaltungen, eingesetzt worden. Das Fernsehen steh-t seit mehreren Jahrzehnte als
medium zur Übermittlung von Bildinformationen
über weite Entfernungen
zur Verfügung. Zur Beobachtung mikroskopischer Abbildungen ist das Fernsehen in
zwei nicht stereoskopisch wirkenden Arbeitsweisen eingesetzt werden. Bei der ersten
Arbeitsweise wurde die Fernsehkamera an gewühnliche Mikroskope dadurch angeschlossen,
daß eine mechanische und eine optische Verbindung zwischen Okular und fernsehkamera
hergestellt wurden. Bei der zweiten Arbeitsweise wurden Fernsehkameras direkt eingesetzt,
mit eine zwischen des Objektiv und der Ferrsehkamera angeordneten Verlängerungstubus
zur Erzielung einer erhühten Vergrößerung gegenüber der üblicherweise von des objektiv
ermöglichter Vergrüßerung.
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mitunter erden fotoapparate oder Filmkameras verwendet, um zweidimensionale
mikroskopische Abbildungen festzuhalten. 'ms ist jedoch festgestellt worden, da;
die Einstellungen der Bildschärfe, des Bildausschnitts und der Objektivöffnung schwierig
sind.
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Es sind auch einige dreidimensional arbeitende Fernseheinrichtungen
zur Betrachtung gewöhnlicher Bildszenen vorgeschlagen worden. Bei den meisten dieser
Einrichtungen werden zwei kameras verwendet, wobei jede Kamera als eines der Augen
des Betrachters wirlft. Sodann wird jede i:anera mit einer Kathodenstrahlröhre verbunden,
und eine optische Vorrichtung wird dazu benutzt, die Bilder einander zuzuordnen
und je ein Bild jeden Auge zuzuleiten.
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bin derartiger Vorschlag lë,uft darauf hinaus, das die Kathodenstrahlröhren
jeweils einen Durchmesser vor 2,54 cm ( 1 Zoll) aufweisen, und je eine Kathodenstrahlröhre
vor jeder'.. AuCe des Betrachters angebracht wird. Sinne weitere Einrichtung besteht
darin, daß die beiden stereoskopischen Einzelbilder seouentiell übertrafen werden,
d.h. zunächst wird beispielsweise die Abbildung für das linke Auge aufgenommen,
übertragen und vom linken Auge betrachtet, und anschließend geschieht dasselbe mit
der Abbildung für das rechte Auge. Dieser Bildwechsel muß schnell erfolgen, um Flimmererscheinungen
zu vermeiden. Gewöhnlich werden dabei Verschlüsse für die Bildaufnahme und weitere
Verschlüsse oder Anaglyphenvorrichtungen beim Bildwiedergabegerät verwendet. Ein
weiteres Verfahren besteht darin, das Bild mit Linsenrastervorrichtungen aufzunehmen
und wiederzugeben, wobei die Teilbilder für das linke und das rechte Auge in der
Forrn von dünnen Bildstreifen der beiden stereoskopischen Teilbilder auftreten,
die ohne Filtergläser mittels eines gitter- oder linsenrasterartigen Bildschirms
betrachtet werden. Diese Einrichtung ist jedoch nicht zufriedenstellend andie Fernsehbilder
angepaßt worden.
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Andererseits befaEt sich die vorliegende Erfindung grundsätzlich mit
der Anordnung einer einzigen Fernsehkamera und eines einzigen Fernseh-Bildbetrachtungsgerätes
in einem einzigen Gehäuse ( wenn auch entfernt aufgestellte Bildbetrachtungsgeräte
verwendet werden können) und der Hinzufügung optischer Vorrichtungen an der Kamera
und an dem Bildbetrachtungsgerät, so daß der Betrachter eine vergrößerte Abbildung
kleiner Objekte
in allen drei Dimensionen sieht. Die beiden Bilder,
eines für jedes Auge, werden durch eine den Strahl spaltende optische Vorrichtung
von verschiedenen Punkten her aufgenommen und durch die Linsenanordnung und einen
Verlängerungstubus weitergeleitet, um nebeneinander liegend auf den Schirm der Fernseh-Bildaufnahmeröhre
zu fallen. Die beiden Bilder werden nebeneinanderliegend hinter zwei ()ffnungen
auf einer Kathodenstrahlröhre wiedergegeben. Optische Vorrichtungen für die konvergenz
und masken werden verwendet, um ein Bild jeweils einem jeden Auge durch eine Abdeckhaube
zuzuleiten, so daß sich für den Betrachter eine Überlagerung der Bildeindrücke ergibt.
Einstellungen können vorgenommen werden, um den Vergrößerungsfaktor durch Verstellung
einer Gummilinse oder Variontik oder durch Wechsel der Objektivlinsen zu verändern.
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Beim gebräuchlichen optischen Stereomikroskop müssen beide Ckulare
für die Seheigenschaften der Augen eines jeden einzelnen Betrachters nachgestellt
werden, und der Betrachter muß eine unbewegliche Kopfstellung aufrechterhalten;
jegliche, geringfügige Bewegung bewirkt, daß er das Bild aus den Augen verliert.
Dies ist ermüdend und führt zu geringem Wirkungsgrad und zu Fehlern, insbesondere
beim Zusammenbau und bei der Inspektion von elektronischen r,Iiniaturbauteilen.
Bei dem erfindungsgemäßen stereoskopischen Fernsehmikroskop kann der Betrachter
seinen Kopf seitwärts oder vorwärts und rückwärts über einen beträchtlichen Bereich
bewegen, ohne das Bild zu verlieren. Sichtkorrekturgläser können ebenfalls getragen
werden, ohne die Betrachtung zu beeinträchtigen. Außerdem kann das-Bild auf beoueme
Weise derart verstellt werden,
daß der Betrachter sich nicht darüber
zu beugen braucht.
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Bei dem erfindungsgemäßen Mikroskop erfolgt ein Weil der Vergrößerung
elektronisch. Dies ergibt einen zusätzlichen Arbeitsabstand, der bewirkt, daß der
Zusammenbau und andere Arbeitsschritte leichter auszu-.führen sind, weil mehr Platz
für Werkzeuge zugelassen werden kann. Beim gewöhnlichen Stereomikroskop gibt es
sehr wenig Raum zwischen dem Objektiv des mikroskops und den zu betrachtenden Objekten.
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Beim optischen Stereomikroskop ist ferner die Wiefenschärfe begrenzt.
Weile des Bildausschnitts, die näher oder weiter entfernt als ein bestimmter, begrenzter
Bereich liegen, sind verschwommen. Die Nachstellung der Bildschärfe wird erforderlich,
was zusätzliche Zeit beansprucht und zu Fehlern führt. Als ein Ergebnis der elektronischen
und der optischen Vergrößerung nach der vorliegenden Erfindung wind die stereoskopische
Wirk@ über einen größeren Entfernungsbereich wahrgenommen, wodurch die Herstellungsverfahren
beschleunigt und vereinfacht werden.
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Viele optische Stereomikroskope drehen das Bild oder kehren es um
und machen dadurch die Handhabung und den Zusammenbau der Objekte schwierig oder
erfordern verwickelte Vorrichtungen, um das Bild richtig darzustellen.
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Es ist wünschenswert, daß der betrachtete Bildausschnitt dieselben
Bildtiefenverhältnisse aufweist, mit welchen der Betrachter normalerweise die Bildtiefe
wahrnimmt.
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Beim lenschen sind beis-oielsreise die optischen Achsen der Augen
annähernd 6,3 cm voneinander entfernt (dies ist der stereoskopische Basisabstand),
und die Wahrnehmung der Bildtiefe erfolgt optimal bei geringen Abständen, wie beispielsweise
von den Augen bis zu den ausgestreckten Armen, dieser Abstand kann annähernd 60
cm betragen.
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Daher sollte bei einem Arbeitsabstand von 20 cm die stereoskonische
Basis des mikroskops 2,1 cm betragen, und bei einem Arbeitsabstand von 3,7 cm sollte
die stereoskonische Basis C,4 cm betragen. Das vorbekannte optische Stereomikroskop
erhält diese Verhältnisse nicht aufrecht, und da sein stereoskopischer Basisabstand
unveränderlich ist, ist die Wahrnehmung der Bildtiefe bei geringen Vergrößerungsfaktoren
beträchtlich abgeflacht und bei hohen Vergrößerungsfaktoren übertrieben. Beim erfindungsgemäßen
stereoskopischen Fernsehmikroskop kann der stereoskonische Basisabstand für den
Vergrößerungsfaktor eingestellt werden, während der stereoskonische Basisabstand
des optischen Stereomikroskops unveränderlich und damit nur geeignet für einige
Verstärkungsfaktoren, aber nicht für andere ist.
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Bei einem optischen Stereonikroskop kann normalerweise nur eine person
das Bild sehen. in einem solchen Fall müssen sich im Unterrichtsbetrieb jeder einzelne
Betrachter v.nd der Unterrichtende immer wieder abwechseln,
um durch
ein einziges Mikroskop zu sehen. Auf dem Karkt befinden sich einige Stereomikroskope,
die ein einzelnes, seitlich heraustretendes Okular aufweisen, das einem Lernenden
gestattet, ein zweidimensionales Bild zu betrachten, während der Unterrichtende
dreidimensional arbeitet, oder umgekehrt. Es gibt auch teuere Doppelmikroskope,
die sowohl dem Lernenden, als auch dem Unterrichtenden -gestatten, das Bild dreidimensional
zu sehen. Jedoch ermöglichen diese Eikroskope nur den unter richt auf der Basis
von gleichzeitig einem Unterrichtenden und einem Lernenden. Andererseits, kann,
bei Verwendung des erfindungsgemäß,en stereoskopischen Fernsehmikroskops, jede beliebige
Anzahl von Lernenden in dreidimensionaler Weise das Objekt betrachten, während der
Unterrichtende eine bestimmte Operation durchführt. Sodann kann er einen Schalter
umlegen und einen der Lernenden auffordern, die O;neration zu wiederholen, und dann
kann der Unterrichtende und alle übrigen Lernenden diesem Versuch zuschauen.
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Außerdem kann der Unterrichtende eine Bildau.fzeichn,-ung von einer
bestimmten Unterrichtsstunde auf einem gewöhnlichen Bildaufzeichnungsgerät herstellen,
und diese Bildaufzeichnung kann sodann den Lernenden vorgeführt werden, ohne daß
der Unterrichtende anwesend zu sein braucht.
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Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Inspektion bei der Arbeit
"am i'lieBband" stattfinden kann, oder anders ausgedrückt, kann ein Inspektor einen
Schalter umlegen und auf seinem stereoskopischen Fernsehmikroskop die Arbeit betrachten,
die von irgendeinem, mit dem Zusammenbau
beschäftigten itarbeiter
verrichtet wird. Falls es nötig ist, ein besonderes tlerkmal oder einen Aspekt eines
Herstellungsverfahrens für künftig Üntersuchungen aufzuzeichnen, so kann dies mit
jedem Bildaufzeichnungsg.ert oder nittels einer Filmkamera oder einer Polaroidkar.lera
durchgeführt werden. Außerdem können Bilder von einem Ort, beispielsweise dem Bereich
einer Schule oder einer Fabrik, an einen anderen ürt durch label oder Funk übertragen
werden. Dies bringt die Informationen zum Betrachter, ohne die Notwendigkeit, da}
dieser veranlaßt wird, sich dahin zu begeben, wo sich das Betrachtungsobjekt befindet.
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Ein Vorteil des steoroskopischen Mikroskops nach der vorliegenden
Erfindung liegt darin, daß das elektronische Bild in digitale Zeichen umgewandelt
werden kann, für die Verarbeitung durch eine Rechenanlage, Sneicherung und spätere
Wiedergabe. Elektronische Bildanalyse oder Bildverbesserung ist sodann möglich.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs
genannten Art zur einfachen und bequemen stereoskopischen Betrachtung keiner Objekte
zu schaffen, mit größeren Arbeitsabständen und' größerer Tiefenschärfe, als sie
normalerweise bei den vorbekannten Stereomikroskopen möglich sind, wobei der stereoskopische
Basisabstand für die optimale dreidimensionale Wahrnehmung der Objekte einstellbar
ist.
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Weiterhin ist es Aufgabe des erfindungsgemäßen stereoskopischen Fernsehmikroskops,
das von einem Mikroskop dieser Art gelieferte,elektronische Bild in der Form eines
Videosignals zu einem einzelnen, anderen Stereomikroskop oder zu einer Gruppe von
Stereomikroskopen zu über tragen.
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Das stereoskopische Fernsehmikroskop ist zur Lösung dieser Aufgabe
dadurch gekennzeichnet, daß es eine erste optische Vorrichtung, einschließlich einer
Strahlsnaltungsvorrichtung, umfaßt, daß diese Vorrichtung Ansichten des Objekts
unter verschiedenen Winkeln erfaßt, diese Ansichten vergrößert und Vorrichtungen
zur Trennung der Abbilder zur Erzeugung jeweils getrennter, verschiedener Bilder
des Objekts umfa, daß eine Bildwandlervorrichtung die Abbilder des Objekts emnfängt
und elektrische Signale liefert, die den jeweiligen Abbildern entsprechen, daß eine
Bildwiedergabevorrichtung vorgesehen ist, die die vergrößerten Abbilder wiedergibt,
die durch die genannten entsprechenden elektrischen Signale dargestellt werden,
und ferner eine zweite optische Vorrichtung, die ein Bild dem einen Auge und das
andere, von diesem verschiedene Bild dem zweiten Auge eines Betrachters zuführt.
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Während es bei der vorliegenden Erfindung grundsätzlich um den Gebrauch
eines stereoskopischen bernsehmikroskops geht, besteht aber auch weiterhin die f.öglichkeit,
das
erfindungsgemäße mikroskop als nicht steoroskopisch wirkendes
Fernsehmikroskop zu verwenden.Dies wird erreicht durch die Entfernung der optischen
Vorrichtungen fiir die Steoroskopie und die Anlenkung der Betrachtungshaube mittels
eines Scharniers, so daß diese Haube, die Bildmaske und die optischen Vorrichtungen
zur Seite geschwenkt werden können. in diesen Fall wird eine einzige vergrößerte
Abbildung des Untersuchungsobjekts auf dem Bildschirm der athodenstrahlröhre betrachtet.
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slle weiteren, nicht direkt mit der Stereoskonie im Zusammenhang",
stehenden vorteile bleiben erhalten. Auf diese weise kann die erfindungsgemäße Einrichtung
als Mikroskop mit kontinuierlicher Brennweitenvertanderung (Gummilinse oder Varioptik)
für niedrige Vergröberungsfaktoren (8- bis 200fach) Verwendung finden. Diese nicht-steoroskopische
Anwendung ist jedoch nicht von bedeutendem Interesse. Sehr hohe Vergrößerungsfaktoren
können mit einem zusätzlichen Linsensystem erzielt werden, das auf austauschbare
Weise die optischen Vorrichtungen für die Stereoskopie ersetzt.
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in einer Ausführungsforin nach der vorliegenden Erfindung bietet sich
die möglichkeit, eine der beiden optischen Vorrichtungen, die sonst ein stereoskopisches
Teilbild erzeugt, zur Erzielung eines grb2eren überblicks über die zu betrachtende
Zone mit einem niedrigen Vergrößerungsfaktor zu betreiben, während die andere optische
Vorrichtung eine Nahfelddarstellung des zu untersuchenden Oblekts bei einem hohen
Vergrößerungsfaktor liefert. In diesem Fall bleiben die optischen Vorrichtungen
für die doppelte Bildaufnahme
vor der kamera erhalten. Die maske
über dem Schirm der Kathodenstrahlröhre bleibt ebenfalls erhalten, und die Betrachtungshaube
wird an die Seite geklappt. Dann erhalt die Bedienperson in einer der Maskenöffnungen
ein Bild des interessierenden Bereichs bei größerem Uffnungswinkel, so da:?) Werkzeuge
in die richtige Lage gebracht und Stellen für die Beobachtung oder Bearbeitung bestimmt
werden können,usw.;und in der anderen maskenöffnung erscheint eine Großaufnahme
des Untersuchungsobjekts in. allen Einzelheiten.
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Weitere Vorteile und die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung
werden im weiteren beispielsweise und anhand der beigefügten Zeichnungen erläutert.
Es zeigen: Fig. 1 : eine schematische Seitenansicht des steoroskopiskhen Fernsehmikroskops
nach der vorliegenden Erfindung, einschließlich Fernsehkamera und Bildwiedergabegerät,
mit den optischen Vorrichtungen, die alle gemeinsam in einem Gehäuse enthalten sind,
Fig. 2 : eine Vorderansicht des erfindungsgemäßen stereoskopischen Fernsehmikroskops,
Fig. 3 : eine Draufsicht auf die optische Vorrichtung zur Betrachtung der Bildwiedergabe,
Fig.
4 : eine Seitenansicht eines Teils der optischen Vorrichtung zur Betrachtung der
Bildwiedergabe, Fig. 5 : eine Vorderansicht der optischen Vorrichtung zur Bildaufnahme,
Fig. 6 : eine Unteransicht der optischen Vorrichtun zur Bildaufnahme, Fig. 7 : eine
Draufsicht eines Teils der optischen Vorrichtung zur Bildaufnahme, mit den unmittelbar
zvgeordneten optischen Bauteilen, Fig. b : eine andere Ausführungsform einer optischen
Vorrichtung zur Bildaufnahme unter Verwendung einer Prismenvorrichtung, Fig. 9a;9b
: Vorder-, bzw. Lnteransicht zweier Blendenvorrichtungen für die optische Vorrichtung
zur Bildaufnahme, Fig. 10: eine Vorderansicht einer Strahlspaltungsvorrichtung für
die optische Vorrichtung zur Bildaufnahme, Fig. 11 : eine Vorderansicht einer doppelten
Cbjektivanordnung für die optische Vorrichtung
dur Bildaufhnahme,
Fig. 12 : eine weitere Ausführungsform der doppelten Objektivanordnung mit einer
Strahlspaltungsvorrichtung für die optische Vorrichtung zur Bildaufnahme, Fig. 13
: eine Vorderansicht einer weitern Ausführungsform der Strahlssaltungsvorrichtung,
für die optische Vorrichtung zur Bildaufnahme, Fig. 14 : eine Ansicht einer anderen,
nicht- stereokonischen Ob j ektivanordnung far die optische Vorrichtung zur Bildaufhnahme,und
Fig. 15: eine Illustration von Anordnungsmöglich keiten des stereoskopischen Bilderpaares
in einem einzigen Fernseh-Bildraster.
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Es wird auf Fig. 1 bezug genommen, wo beispielsweise ein.
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steoroskopisches Fernsehmikroskop nach der vorliegden Erwindung dargestellt
ist, wobei alle Bauelemente in einem Gehäuse 1 -enthalten sind. Ein Betrachtung.ssufsatz
2 schafft einen geschlossenen Raum, in den der Betrachter seine Augen hineinbringt,
um durch eine Platte der optischen Benachtungsvorrichtung 3 hindurchzuschauen. Eine
Haube la 'am Gehäuse 1 schafft einen lichtundurchlässigen Raum, so
daß
der Betrachten Modiglich das Fernsehbild auf einer Aathodenstrahlröhr 5 sieht, vor
welcher eine Bildmaske 4 angeordnet ist. Die athodenstrahlröhre 5 ist elektronisch
mit einer Bildaufnahreröhre 6 über schematisch dargestellte Leitungen 6a, 6b, verbunden
sowie über geeignete (nicht dargestellte) elektronische Vorrichtungen. Diese elektronischen
Vorrichtungen sind insofern nicht dargestellt worden, als sie herkömmlich und dem
Fachmann vertraut sind.
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in objekt 7 ist auf einen Objektträger 8 gelegt worden, Licht gelangt
von Objekt 7 auf irgendeine herkömmliche eise weiter und tritt durch eine Platte
9 der optischen Vorrichtung zur Bildaufnahme, durch einen Verschluß 10, ein 'i'olarisationsfilter
11, ein Objektiv 12 mit einer Trisblende 13 und wird durch einen Plarsniegel 14
über ein weiteres Polarisationsfilter 15 und eine Bildmaske 16 auf den Schirm der
Bildaufnahmeröhre 6 reflektiert.
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Der Abstand 17a zwischen dem Objektiv 12 und dem Schirm der J3ildaufnahmeröhre
6 ist veränderlich, und der Abstand zwischen dem Objekt 7 und dem Objektiv 12 ist
ebenfalls veränderlich wie nachfolgend erläutert wird.
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Die Bildaufnahmeröhre 6, mit ihrem gesamten Zubehör, ist im waagerechten
Teil eines Schlittens 17 untergebracht.
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Der Schlitten 17 umfaßt zwei Abdeckplatten, 18 und 19, die sich jeweils
unterhalb und oberhalb des Schlittens erstrecken aus Gründen, die im weiteren beschrieben
werden.
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Die Bildaufnahmeröhre 6 kann horizontal in einer schematisch dargestellten
Wanne 2G vorwä-rts-und rückwärtsbewegt werden, die auf geeignete Weise in dem Schlitten
17 angebracht ist. Ein Bildschärfe-Einstellknop 21 ist mit der Wanne 20 kraftschlüssig
verbunden, um die Ilildaufnahmeröhre 6 horizontal in kleinen Abstufungen vor-und
zurückzubewegen. Auf ähnliche Weise ist ein anderer Einstellknopf 22 für den Vergröferungsfaktor
kraftschlüssig mit dem Schlitten 17 und der Wanne 20 in geeigneter Weise verbunden,
um die senkrechte Auf- und Abwärtsbewegung des Schlittens 17 in dem Gehäuse 1 zu
ermiglichen, sowie die gleichzeitige horizontal verlaufende Vor- und Rückwärtsbewegung
der Wanne 2 mit der Bildaufnahmeröhre 6, um zu bewirken, daß der Vergrößerungsfaktor
kontinuierlich von hohen ZU niedrigen Werten, oder umgekehrt, verändert wird.
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Die mechanischen Verbindungsvorrichtungen, die mit d en h'instellknöpfen
21 und 22 gemeinsam Verwendung f'inden, sind nicht dargestellt, um die Zeichnung
zu vereinfachen, insbesondere, weil geeignete Verbindungsvorrichtungen dem Fachmann
bekannt sind. Es ist ebenfalls offensichtlich, daß die Brennweiten- oder Gummilinsen-Einstellung
mittels einer mechanischen Gestängeanordnung, wie angedeutet, ausgeführt werden
kann, oder, wenn gewünscht, mittels eines elektrischen Antriebsmotors o.ä..
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Ein Steuerschalter23 ist dargestellt, der auf dem Gehäuse 1 montiert
ist. Dieser Schalter kann auf geeignete Weise mit den elektronischen Vorrichtungen
verbunden werden,
die der Bildaufnahmeröhre 6 und der tLathodenstrahlröhre
5 zugeordnet sind, und, sofern sich der Steuerschalter in der Stellung 1E (Internal)
befindet, wird das Signal von der Bildaufnahmeröhre 6 über die genannten elektronischen
Vorrichtungen auf die liathodenstrahlröhre 5 geschaltet.
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Wenn sich der Steuerschalter in der Stellung "AIJSSEN" (Out) befindet,
liefert ein äußerer Verbindungsstecker 24 das Signal von der Bildaufnahmeröhre 6
oder von den genannten elektronischen Vorrichtungen an andere erfindungsgemäße Stereomikroskope,
Bildaufzeichnungsgeräte, Rechenanlagen,usw.
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Wenn sich der Steuerschalter 23 in der Stellung "EINGANG" (In) befindet,
liefert ein Eingangsstecker 26 Signale von anderen ähnlichen Stereomikroskopen,
Bildaufzeichnungsgeräten,usw., an die zugehörigen elektronischen Vorrichtungen oder
die Kathodenstrahlröhre 5.
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Nunmehr folgt eine genaue Erläuterung der vorliegenden Erfindung und
ihrer Ausführungsformen. Fig. 2 gibt eine Vorderansicht der erfindungsgemäßen Einrichtung
wieder und veranschaulicht viele der aus Fig. 1 ersichtlichen Bauteile. Zu sehen
sind ebenfalls zwei Öffnungen, 27 und 2d, in der Platte der optischen Vorrichtung
3. Eine Bildfeldteilerplatte 29 stellt sicher, daß jedes Auge nur ein Bild des stereoskopischen
Bilderpaars sieht, das in den Öffnungen 30 und 31 der Bildmaske 4 vor der Kathodenstrahlröhre
5 erscheint. Eine Ausnehmung 32 in der Vorderseite des Gehäuses 1 schafft einen
Bereich, in dem sich der Schlitten 17 senkrecht auf- und abwärtsbewegen kann. Die
Abdeckplatten 18 und 19 bedecken die Ausnehmung 32, gestatten
jedoch
die senkrechte Verstellung des Schlittens 17. Die Maske 16 vor der Bildaufnahmeröhre
6 weist, wie aus Fig. 2 ersichtlich, zwei Öffnungen, 33 und 34, auf. Eine Einstellvorrichtung
18 für den stereoskopischen Basisabstand ist bei den Verschlüssen 10 vorgesehen,
wie im folgenden erläutert wird.
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Obgleich nicht dargestellt, liefert eine geeignete Netzzuleitung elektrischen
Strom, wenn ein Netzschalter 36 betätigt wird. Die vorgenannten elektronischen Vorrichtungen
können in geeigneter Weise im Unterteil 37 des Gehäuses 1 angeordnet werden und
stellen die erforderliche elektronische Schaltungsanordnung für die Bildaufnahmeröhre
6 und die Kathodenstrahlröhre 5 dar.
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Die Abbildungen Fig. 3 bis Fig. 7 veranschaulichen weitere Einzelheiten'der
Einrichtung nach Fig. 1 und Fig. 2. Eine Draufsicht auf die Platte 3 der optischen
Betrachtungsvorrichtung ist in Fig. 3 dargestellt, die in noch größerer Deutlichkeit
die beiden Offnungen 27 und 28 zeigt. Fig. 4 steine Seitenansicht der optischen
Bauelemente die zur Platte 3 der optischen Betrachtungsvorrichtung gehören.
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Zwei Keilprismen, 39 und 40, sind jeweils hinter den Öffnungen 27,
bzw. 28 angeordnet. Von der Nase des Betrachters her gesehen, weisen die Basisseiten
der Prismen 39 und 40 nach außen.
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Fig. 5 ist eine noch detailliertere vordere Schnittansicht der optischen
Bildaufnahmevorrichtung. Die Platte 9 der
optischen Bildaufnahmevorrichtung
umfaßt ebenfalls zwei Keilprismen, 41 und 42, deren Basisseiten nach innen gerichtet
sind, und diese Prismen nehmen ein stereoskopisches Bildernaar des Objekts 7 von
geringfügig unterschiedlichen Betrachtungspunkten her auf. Die Lichtmenge in jedem
Strahlengang wird von dem Verschluß 10 begrenzt, der zwei Blendenteile, 43 und 44,
umfaßt, die über einen Einstellknopf 38 betätigt werden, wie er am besten aus filig.
6 ersichtlich ist. Der Einstellknopf 38 kann als Einstellvorrichtung für den stereoskopischen
Basisabstand bezeichnet werden und bewegt die Blendenteile 43 und 44 gleichzeitig
nach innen oder nach außen. Das Polarisationsfilter 11 umfaßt zwei nebeneinanderliegende
Hälften,lla und llb, die jeweils gegeneinander um 900 versetzte Polarisationsrichtungen
aufweisen. Das Objektiv 12 schließt eine herkömmliche, veränderliche Irisblende
13 ein, wie bereits oben erwähnt, die nur schematisch in den Zeichnungen dargestellt
ist. Der Planspiegel 14 ist auf seiner Vorderseite verspiegelt. Fig. 7 bietet eine
noch detailliertere Draufsicht des Schirms der Bildaufnahmeröhre 6 und der dieser
letzteren unmittelbar zugeordneten optischen Vorrichtungen. Das Polarisationsfilter
15 weist zwei nebeneinanderliegende Hälften, 15a und 15b, auf, die gegeneinander
um 900 versetzt polarisiert sind.
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Die nebeneinanderliegenden Hälften 15a und 15b des Polarisationsfilters
15 lassen jeweils Lichtstrahlen von den entsprechenden, nebeneinanderliegenden Hälften
lla und llb des Polarisationsfilters 11 durchtreten. Die Bildmaske 16
weist
zwei Öffnungen 33 und 34 auf.
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Nunmehr wird auf die Betriebsweise des erfindungsgenäßen stereoskopischen
Fernsehmikroskops bezug genommen. Dieses Mikroskop wird durch Betätigung des Netz
schalters 36 eingeschaltet. Wie zuvor angemerkt, wird die zu untersuchende Probe
7 auf den Objektträger 8 gelegt. Der minstellknonf 22 wird auf den gewünschten Vergrößerungsfaktor
eingestellt, der beispielsweise zwischen 8- und 2000fach liegt. Jedoch können dieselben
erfinderischen Grundsätze angewendet werden, um stereoskopische Fernsehmikroskope
höheren oder niedrigeren Vergrößerungsfaktors zu konstruieren. Im vorliegenden Beispiel
ist die Bildaufnahmeröhre 6 ein Vidikon mit 2,54 cm ( 1 Zoll) Schirmdurchmesser,
und die I.athodenstrahlröhre 5 ist eine Röhre mit 20,32 cm (8 Zoll) Schirmdurchmesser.
Die Abbildungen innerhalb der Öffnungen 33 und 34 ( siehe Fig. 2 und Fig. 7) sind
quadratisch, mit einer Seitenlänge von etwa 0,63 cm. Die Abbildungen innerhalb der
Offnungen 30 und 31 in der Bildmaske 4 über der kathodenstrahlröhre 5 sind ebenfalls
quadratisch, mit einer Seitenlänge von etwa 7,5 cm. Damit ist der elektronische
Vergrößerungsfaktor etwa 12fach. Dieser elektronische Vergrößerungsfaktor ergibt,
um den Vergrößerungsfaktor des Objektivs 12 vermehrt, den endgültigen Gesamt-Vergrößerungsfaktor
der erfindungsgemäßen Einrichtung.
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Die vom Objekt 7 kommenden Lichtstrahlen werden von zwei verschiedenen
Betrachtungspunkten her durch die optische
Bildaufnahmevorrichtung
9 aufgenommen, die aus zwei nebeneinanderliegenden Keilprismen 41 und 42 besteht,
mit jeweils einer Brechkraft von 6 Dioptrien. Der genaue Wert der Brechkraft dieser
ifeilprismen variiert gemäß dem gewünschen Vergrößerungsbereich, der Brennweite
des Objektivs 12 und den verschiedenen, einzubeziehenden Abständen.Die beiden Bilder
des Objekts 7, die ein stereoskopisches Bilderpaar ergeben treten nunmehr durch
den Verschluß 10 hindurch. Der Verschluß 10 besteht aus Blendenteilen 43 und 44,
die, wie bereits erwähnt, durch den Einstellknopf 38 geöffnet werden und die bei
ihrer Bewegung nach innen die Öffnung auf jeder Seite der T;ittellinie verringern.
Eine derartige Verkleinerung der Offnung verringert den stereoskopischen Basisabstand
und gestattet somit der Bedienperson, den von ihr gewünschten stereoskopischen Basisabstand
auszuwählen.
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Eine derartige Einstellbarkeit des stereoskopischen Basisabstandes
ist wünschenswert, insbesondere, wenn die Vergrößerungsfaktoren und der Arbeitsabstand
zwischen dem unteren Teil der optischen Bildaufnahmevorrichtung 9.
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und dem Objekt 7 sich ändern. Durch Einstellen des stereoskopischen
Basisabstandes kann der Betrachter eine konstante Beziehung zwischen der Tiefe des
Bildes und dem Arbeitsabstand aufrechterhalten, und dadurch ein natürliches und
brauchbares stereoskopisches Bild schaffen.
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Der Einstellknopf 38 für den stereoskopischen Basisabstand kann mit
dem Einstellknopf 22 für den Vergrößerungsfaktor derart gekoppelt werden, daß sich
der stereoskopische Basisabstand ändert, wenn gleichzeitig der Vergrößerungsfaktor
eingestellt wird. Ein weiteres Verfahren zur Veränderung
des stereoslropischen
Basisabstandes besteht darin, daß die ontische Bildaufnahmevorrichtung 9 vom Objektiv
12 zum Objekt 7 bewegt wird. Die Lichtstrahlen divergieren an diesem Punkt sodann
noch stärker, und der Basisabstand wird damit größer. in diesem Fall erfordern die
Weil prismen 41-und 42 eine erhöhte Brechkraft, und der Arbeitsabstand wird verringert.
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Das Polarisationsfilter 11 folgt dem Verschluß 10 und umfaßt zwei
nebeneinanderliegende Teile, deren jeweilige Polarisationsrichtungen miteinander
unter einem rechten Winkel stehen. Ein Teil des Polarisationsfilters liegt im Strahlengang
eines jeden der beiden stereoskopischen Bilder Nun tritt das vom Objekt' 7 kommende
stereoskopische Bilderpaar durch das Objektiv 12, das im vorliegenden Ausführungsbeispiel
eine Brennweite von annähernd 7,5 cm aufweist, wobei die Irisblende 13 auf eine
Öffnung von a/14 eingestellt ist. Die Brennweite dieses Objektivs kann in Abhängigkeit
von dem Vergrößerungsfaktor und dem gewünschten Arbeitsabstand variieren. Das Objektiv
12 wird durch die Irisblende 13 abgeblendet, um eine größere Tiefenschärfe zu schaffen,
wodurch weitere Teile des Objekts 7 scharf abgebildet werden. Die Irisblende 13
kann gemäß der gewünschten Tiefenschärfe eingestellt werden und kann in den Fällen
geöffnet werden, wo mehr Aufhellung erforderlich ist. Das stereoskopische Bilderpaar
wird nun durch den Planspiegel 14 weitergeleitet, und die Bilder treten durch das
andere Polarisationsfilter 15 hindurch,
das mit dem Polarisationsfilter
11 insofern übereinstimmt, als ein Bild des stereoskopischen Bilderpaares zur einen
Seite geleitet, und das andere Bild zur anderen Seite geleitet wird. Wenn die Polarisationsfilter
nicht verwendet würden, so würden sich Weile der Bilder auf dem Weg durch das Objektiv
12 überlappen, sowie durch die Zone 17a zwischen dem Objektiv 12 und der Bildaufnahmeröhre
6.
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Bei zweidimensional arbeitenden Bernsehmikroskopen wird die Zone 17a
durch den Verlängerungstubus gebildet.
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Dem Polarisationsfilter 15 folgt die Bildmaske 16, die die beiden
öffnungen 33 und 34 aufweist, die gestatten, daß jeweils eines der Bilder des stereoskopischen
Bilderpaares auf jeweils eine Seite der Bildaufnahmeröhre 6 fällt.
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Diese Bildmaske ist wahlweise vorgesehen. Die Öffnungen in der Bildmaske
16 sind quadratisch, mit leicht abgerundeten Ecken, und das vom Betrachter geschaute
Bilderpaar ergibt einen einzigen räumlichen Bildeindruck. Andere Formgebungen des
Bildausschnittes (beispielsweise rund, länglich, rechteckig) können ebenfalls vorgesehen
werden.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel werden die elektronischen Vorrichtungen
sowohl der Bildaufnahmeröhre 6, als auch der Kathodesatrahlöhre5, derart eingestellt,
da.'S Auslenlciing des Elektronenstrahls eine Fläche überstreicht, die do-npelt
so breit wie hoch ist, und die Abmessungen des Bildrasters sind geringfügig sröNer
als die uffnungen in den masken 16 und 4. Die Videobandbreite einer derartigen,
erfindungsgemäßen Einrichtung beträgt beispielsweise
10 EHz, mit
einem Raster von 525 Zeilen.
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Das von der Bildaufnahmeröhre 6 aufgenomnene und umgewandelte Bild
wird in -der übli.chen Weise von den elektronischen Vorrichtungen verarbeitet, und
das resultierende Signal wird der Kathodenstrahlröhre 5 zugeführt. Da sich sowohl
die Bildaufnahmevorrichtung, als auch die Bildwiedergabevorrichtung gemeinsam in
einem Gehäuse befinden, wird es möglich, die doppelte Anordnung gewisser- -Schaltungen,
wie beispielsweise Netzteile,usw., zu vermeiden.
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Das von der Bildaufnahmeröhre 6 aufgenommene stereoskopische Bilderpaar
erscheint auf dem Bildschir der Kthodenstrahlröhre 5. Die Bildmaske 4 enthält die
Öffnungen 30 und 31, die in ihren Proportionen den- Öffnungen 33 und 34 gleich sind-und
sich vor dem Schirm der Bildaufnahmeröhre 6 befinden.
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Die Bildfeldteilerplatte 29 begrenzt das Gesichtsfeld des linken Auges
des Betrachters, das durch die Öffnung 27 der optischen Vorrichtung 3 blickt und
lediglicht das stereoskopische Teilbild in der Öffnung 30- sieht. In derselben Weise
begrenzt die Bildfeldteilerplatte 29 (Siehe Fig. 2) das Gesichtsfeld des rechten
Auges, das durch die Öffnung 28 der 'optischen Vorrichtung 3 blickt. Die optischen
Bauelemente- in den Öffnungen 27 und 28 schließen die beiden Prismen 39 und 40 ein,-
die beide eine Brechkraft von 12 Dioptrien aufweisen. Die Prismen 39 und 40 verschieben
die
Lage der Teilbilder in den Qffnungen 3i und 31, so da?> diese den Betrachter
einander überlagert erscheinen. Somit sieht der Betrachter eir einziges, vergrößertes
Abbild des Objekts 7 in drei Dimensionen.
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Wenn eine minderung oder kontinuierliche Verstellung der Vergrößerung
erforderlich ist, wird der Einstellknof 22 bis zur gewünschten Einstellung verdreht.
Dieser Einstellknopf ist mechanisch mit dem Schlitten 17 gekoppelt, so daß dieser
sich auf- und abwärtsbewegt, ferner ist die Einstellvorrichtung mit der Wanne 2
verbunden, so daß sich die Bildaufnahmeröhre 6 vorwärts und rückwärts bewegt. Nach
einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Bildaufnahmeröhre
6 feststehend angebracht sein, und eine bewegliche Spiegelanordnung dazu verwendet
werden, die Länge des Strahlenganges zu verändern (wie beispielsweise von einigen
Zentimetern bis zu über einem Keter) , der sich von der oberen Oberfläche des Objektivs
12 bis zum Schirm der Bildaufnahmeröhre 6 erstreckt. Die Beziehung zwischen diesen
beiden Bewegungsabläufen ist festgelegt, so daß das Objekt 7 scharf abgebildet wird,
unabhängig von dem Vergrößerungsfaktor. Da es jedoch geringfügige Anderungen der
Bildschärfeeinstellung geben könnte, ist die Einstellvorrichtung 21 vorgesehen,
um die Bildaufnahmeröhre 6 in der Wanne 20 langsam in horizontaler Richtung vor-
und rückwärtszu bewegen. Bei einem Vergrößerungsfaktor von 8 kann der Arbeitsabstand
beispielsweise 15 cm betragen. In diesem Fall würde die die Bildaufnahmeröhre 6
tragende Wanne 20
sich nach vorn verschieben und sich in der Ausnehmung
32 des Gehäuses (Siehe Fig. 2) nach oben bewegen. Dabei würde sich der untero Teil
der Ausnehmung 32 öffnen, aber die unmittelbar dahinter befindliche Abdecknlatte
19 schirmt jeglichen michteinfall in das Innere des Gehäuses 1 ab.
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Wenn nunnehr ein Vergrößerungsfaktor von 200 gefordert wird, so würde
der Einstellknonf 22 dementsprechend eingestellt, und der Schlitten 17 würde sich
abwärtsbewegen, so daß sich ein Arbeitsabstand von annähernd 5 cm er, eben würde.
Diese Verschiebungsbewegung würde den oberen Teil der Ausnehmung 32 freilegen, die
jedoch von der Abdeckplatte 10 verdeckt wird. In gleicher Weise würde sich hierbei
die Aufnahmeröhre 6 tragende wanne 20 in rückwärtiger Richtung verschieben.
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1-1 den Arbeitsabstand beibehalten zu können, könnte man die Dicke
der Prismen 41 und 42 durch die Verwendung von Fresnel-Prismen verringern. Eine
Linsenanordnung mit veränderlicher Breinnweite könnte anstatt des objektivs 12 verwendet
werden, und die Anderungen des Vergrößerungsfaktors könnten durch die Anderung der
Brenweite bewirkt werden.
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Jedoch ist der Raumbedarf einer solchen Variontik oder Gummilinse
beträchtlich, und dies verringert den Arbeitsabstand. Wenn die Brenweite der Linsenanordnung
verändert wird, nur die Brechkraft der Prismen ebenfalls geändert werden. Anderungen
des Vergrößerungsfaktors können durchgeführt werden, indem ein typischer Objektivrevolver
für ein ikroskop, mit mehreren Objektiven verschiedener Brennweite, verwendet wird,
wobei sich die ontische Vorrichtung 9 vor jedem Objektiv befindet.
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Das Bild wird durch das Objektiv 12 und den Planspiegel 14 optisch
gedreht und umgeklannt. Jedoch können die electrischen Vorrichtungen derart geschaltet
werden, da-? sie das Bild auf elektronischem Vege in sienen richtigen. Seitenbeziehnungen
darbieten. Die Objektbeleuchtung und weitere Einzelheiter des Objektträgers 8 sind
nicht dargestellt worden, weil sie dem Fachmann bekannt sind.
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Wie zuvor erwähnt, ist der stereoskopische Basisabstand nicht besonders
groß, wenn die Prismen der optischen Bildaufnahmevorrichtung 9 zu nahe an dem Objektiv
12 sind.
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Wenn diese Vorrichtung jedoch weiter von dem Objektiv 12 fortbewegt
wird, um einen größeren Basisabstand nu erzielen, so wird der Arbeitsabstand verringert.
Dies stellt eine Einschränktung dar, weil ein großer Arbeitsabstand wünschenswert
is. s gibt mehrere andere Ausführungsformen des Verfahrens zur Aufnahme eines stereoskopischen
Bildes, die einen hinreichenden stereoskonischen Basisabstand schaffen.
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Dies ist besonders wünschenswert bei niedregen Vergrößerungsfaktoren,
wo ein bedeutender Basisabstand erforderlich ist, um eine zufriedenstellende Wahrnehmung
der Bildtiefe zu erzielen, und nicht etwa ein abseflachtes Bildfeld zu erhalten.
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Diese anderen Ausführungsformon nach der vorliegenden Erfindung sind
in Fig. S bis tiz. 13 dargestellt.
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Nach Fig.8 sind swei zusätzliche Frismen, 45 und 46, mit nach außen
gekehrten Basisseiten zu der erfindungsgemäßen Betrachtungsvorrichtung hinzugefügt
worden. Diese Prismen 45 und 46 wewrden zwischen den Prismen 41,42 und dem Objektiv
12
angeordnet. Sie verbreiten den Strahlengang, so daß die vom Objekt 7 kommenden Lichtstrahlen,
die auf den äußeren Rand der Prismen 41 und 42 treffen, durch die Prismen 43 und
44 nach außen gelenkt werden, um durch das Objektiv 12 auf die Bildaufnahmeröhre
6 fokussiert zu werden. Somit wird ein bedeutender stereoskopischer Basisabstand
erzielt, während ein angemessener Arbeitsabstand aufrechterhalten bleibt. Z.B. kann
ein Objektiv mit 7,5 cm Brennweite bei ofacher Vergrößerung mit einem stereoskopischer
Basisabstand von 1,635 cm einen Arbeitsabstand von 15 cm (zwischen dem objekt 7
und der unteren Teil der ontischen Vorrichtung q) aufweisen. ucr stereoskopische
Basisabstand kann dadurch auf 1,27 cm vergrößert werden, daß die Prismen 41 und
42 gegenüber dem Objektiv 12 abwärts und nach 1 außen bewegt werden, und dabei den
Arbeitsabstand auf 1C cm verringern. Durch die Hinzufügung der Prismen 45 und 4-6
wird jedoch auch der Basisabstand von 1,27 c erzielt, dabei wird der Arbeit abstand
lediglich auf 12,5 cm verringert. In beiden Fällen wird die Brechkraft der Prismen
41 und 4.2 erhöht.
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In der Ausführungsform nach Fig. 91 und 9b ist eine Offnungsplatte
47 zu der Grundanordnung hinzugefügt worden. Diese Platte weist zwei Öffnungen 48
auf, die in einer Linie mit zwei Offnungen in zwei irasken, 48a und 40b, liegen,
die in horizontaler Richtung voneinander getrennt sind. Der Abstand zwischen den
ittelpunkten der Offnungen in den Masken 40a und 40b stellt den stereoskopischen
Basisabstand dar. Die Prismen 41 und-42 sind nun von geringerer Brechkraft, weil
sie die vom objekt 7 kommenden Lichtstrahlen nicht zu so
starker
konvergenz bringen müssen, wie nach Fig. 5.
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Die Brechkraft der Prismen muß jedoch geändert werden, wenn der Vergrößerungsfaktor
und der Arbeitsabstand verändert werden; oder der Abstand der Öffnungen in den masken
46a und 48b kann variiert werden, um den stereoskopischen Basisabstand zu verändern.
Dabei kann die Brechkraft der Prismen 41 und 42 unverändert bleiben. (In dieser
Anordnung werden die Verschlüsse 10 mit den Blendenteilen 43 und 44 nicht angewendet.)
Die lasken 48a und 48b können entlang der Führungsbahn 48c hinein und heraus bewegt
werden, dadurch, daß ein Verstellknopf 48d gedreht wird, der mit einer Gewindespindel
verbunden ist, und die viasken 48a und 48b verschieben sich dabei jeweils mit einer
rechten und einer linken Trägervorrichtung, die ein lnnengewinde aufweist.
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Fig. 10 zeigt eine andere Ausführungsform der Grundanordnung nach
der vorliegenden Erfindung. In diesem Fall wird eine Strahlspaltungsvorrichtung
49 anstelle der optischen Vorrichtung 9 und des Verschlusses 10 verwendet und schließt
einen innen angeordneten Satz von Reflektoren 50a, Süb (entweder Prismen oder Spiegel)
ein. Die Lichtstrahlen vom Objekt 7 werden durch die Reflektoren 50b auf die Reflektoren
50a und dann weiter durch das Objektiv 12 geleitet. Der horizontale Abstand zwischen
den Mittelpunkten der Reflektoren 50b stellt den stereoskopischen Basisabstand dar.
Dieser ist verhältnismäßig groß und kann 1,9 cm oder mehr betragen. Daher ist diese
Anordnung
am besten für niedrige Vergrößerungsfaktoren geeignet.
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Um den stereoskopischen Basisabstand so niedrig wie möglich zu halten,
sollte das Objektiv 12 eine große Brennweite aufweisen, so daß die Lichtstrahlen
nicht zu schnell divergieren, und die Strahlspaltungsvorrichtung 49 sollte in der
Nähe des Objektivs 12 angeordnet sein. Wenn VergJrößerungsfaktor und Arbeitsabstand
geandert werden, müssen die Reflektoren/50b in ihrer Winkelstellung verändert werden,
um Konvergenz auf dem Objekt 7 zu erzielen. Dies wird erreicht durch Drehung eines
Einstellknopfes 51, der an einer Gewindespindel befestigt ist, die rechts- oder
linksdrehende Schneckentriebe, die mit den Reflektoren 50b verbunden sind, verdreht
und damit bewirkt, daß diese Reflektoren 50b sich hinein- oder herausdrehen. Das
Polarisationsfilter 11 wird verwendet, um , ie Bilder voneinander getrennt zu halten.
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Fig. 11 veranschaulicht eine andere Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens zur Aufnahme eines stereoskopischen Bilderpaares. in diesem Fall wird
ein angepaßtes Objektivoaar 52 anstelle des Objektivs 12 eingesetzt.
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Die Mittelpunkte der Objektive 52 sind beispielsweise ,635 cm voneinander
in horizontaler Richtung betrennt (dies entspricht der Hälfte der Breite eines 1
noll-Vidikon-Bildrasters). Der stereoskopische Basisabstand beträft dann ,635 cm.
j')urch die 'w'rismen 41 und 42 in der ontischen Vorrichtung 9 konvergieren die
vom Objekt 7 kommenden Lichtstrahlen, so da sie durch die Objektive 52 hindurchtreten.
Es sind keine Verschlüsse erforderlich,
weil sie den stereoskoischen
Basisabstand nicht beeinflussen würden. Durch eine horizontale Verschiebung der
Objektive 52, die geringfügig auseinander- oder zusammengeführt werden, kann der
Basisabstand unter der Verwendung einer Einstellvorrichtung verändert werden, die
derjenigen nach Fig. 9 ähnelt. Das Polarisationsfilter 11, das in Verbindung mit
dem Polarisationsfilter 15 gemäß Fig. 7 wirkt, kann dazu verwendet werden, jedes
Bild des stereoskopischen Bildernaares zur der entsprechenden Seite der Bildaufnahmeröhre
6 zu leiten.
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zin anders ausgestaltetes Verfahren zur Weiterleitung der Lichtstrahlen
ohne den durch die Filter bedingten Lichtstärkeverlust besteht darin, eine dünnwandige
Trennplatte 53 zwischen der Objektivanordnung 52 und der Bildaufnahmeröhre 6 zu
verwenden. Ein weiterer Vorteil dieser Anordnung liegt darin, daß das auf die Bildaufnahmeröhre
6 fallende stereoskoPische Bilderpaar eine gleichbleibende Lichtverteilung aufweist.
Bei den anderen Anordnungen zeigt die Lichtverteilung eine endenz zur Ungleichmäßigkeit,
weil bei einem der stereoskopischen Teilbilder das verminderte Licht, das durch
den äußeren Rand des Objektivs hindurchtritt, auf die linke Seite fällt, und bei
dem anderen stereoskopischen Teilbild fällt das abgeschwächte Licht auf die rechte
Seite. Die in dieser Anordnung und in der Anordnung nach Fig. 9 verwendeten Prismen
41 und 42 weisen eine sehr niedrige Brechkraft auf. Dies ist ein Vorteil; denn die
in den Anordnungen nach Fig. 5 und Fig. Ö verwendeten
Prismen haben
eine höhere Brechkraft, dies ergibt Farbenzerstreuungen und Verzerrungen.
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Die Ausführungsformen nach Fig. 9 und Fig. 11 ergeben, daß das stereoskopische
Bilderpaar auf dem Schirm der Rathodenstrahlröhre 5 verdreht oder "überkreu.zt"
wird.
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Dies bedeutet, daQ das Bild für das rechte Auge auf der linken Seite,
in der öffnung 30, und das Bild für das linke Auge auf der rechten Seite, in der
Öffnung 31 der Bildmaske 4 nach Pig. 2 erscheint. Daher sollten die Prismen 39 und
40 nach Pig. 4 derart ausgerichtet sein, daß ihre Basisseiten nach innen weisen,
und die Bildfeldteilerplatte 29 sollte entfernt werden. Dann überlagert sich der
von dem rechten, durch die Öffnung 28 der optischen Vorrichtung 3 nach Fig. 2 schauenden,
rechten Auge wahrgenommende Bildeindruck in der Öffnung 30 der laske 4 mit dem vom
linken Auge durch die Uffnung 27 gesehenen Bildeindruck in der Öffnung 31. Um zu
unterbinden, daß jedes Auge ebenfalls einen seitlichen Bildeindruck von dem anderen
Teilbild aufnimmt, sind zwei Sätze von Polarisationsfiltern erforderlich. Ein Satz
von Polarisationsfiltern mit gegeneinander um 900 versetzten Polarisationsrichtungen
wird in die Öffnungen 27 und 28 der optischen Vorrichtung 3 eingesetzt. Der anderer
Satz von Polarisationsfiltern mit gegeneinander um 900 versetzten Polarisationsrichtungen
wird in die Öffnungen 3 und 31 der Bildmaske 4 eingesetzt. Diese Filter sind derart
ausgerichtet, daß das rechte Auge nur das -Bild in der Offnung 30 sieht, und dabei
das Bild in der
öffnung 31 dunkel erscheint, und daß das linke
Auge nur das Bild in der Uffnung 31 sieht, und dabei das Bild in der Offnung 30
dunkel erscheint. In diesem Fall kann die optische Anordnung 3 in Brillengläsern
oder Betrachtungsbrillen untergebracht werden, und die Haube la kann entfernt werden,
so daß die dreidimensionale Betrachtung des Bildes auf der Kathodenstrahlröhre 5
durch eine Gruppe von Betrachtern gleichzeitig stattfinden kann.
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Fig. 12 stellt eine bevorzugte Ausführungsform der Vorrichtungen zur
Aufnahme eines stereoskopischen Bilderpaares dar, wobei ein anderes, angepaßtes
Objektivpaar, 54a und 54b, anstelle des Objektivs 12 verwendet wird.
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Eine Strahlspaltungsvorrichtung 100 schließt Reflektoren 55a und 55b,
die durch die Einstellvorrichtung 56 eingestellt werden, ferner weist sie noch zwei
weitere Reflektoren, 57a und 57b, auf. Vor der Bildaufnahmeröhre 6 befinden sich
entsprechende Paare von äußeren Reflektoren, 58a und 5db, und inneren Reflektoren,
59a und 59b. Das vom Objekt 7 kommende Licht wird durch die Reflektoren 55a und
55b aufgenommen. Diese können voneinander entfernt oder einander genähert werden,
um mittels der Einstellung der Einstellvorrichtung 56 den stereoskopischen Basisabstand
durch zu ändern. Die Reflektoren 57a und 57b könnentelne Anordnung mit Einstellknopf,
die der Vorrichtung 51 nach Fig. 10 ähnelt und hier nicht dargestellt ist, zur Konvergenz
auf dem Objekt 7 eingestellt werden. Dann wird das Licht von den Objektiven 54a,bzw.
54b, auf die Reflektoren 58a, bzw.
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58b, fokussiert. Diese Reflektoren leiten ihrerseits die
Bilder
auf die Reflektoren 59a, bzw. 59b, von wo aus die Bilder auf die Bildaufnahmeröhre
6 geleitet werden. Bei dieser Ausführungsform besteht nicht die Zotwendigkeit der
Verwendung von zwei Sätzen von Polarisationsfiltern , 11 und 15, wie sie in Fig.
5 und Fig. 7 bis Fig. 11 dargestellt sind, oder von der in Fig. 11 gezeigten Trennplatte
53, weil die beiden Strahlengänge durch einen beträchtlichen Abstand voneinander
getrennt sind.
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In der Ausführungsform nach Fig. 12 wird das stereoskopische Bilderpaar
"überkreuzt". Durch die Verwendung der in Fig. 13 dargestellten Strahlspaltungsvorrichtung
101 kann diese Uberkreuzung dadurch rückgängig gemacht werden, daß das Bild für
das rechte Auge vom Reflektor 55a aufgenommen wird und zum Reflektor 57t'geleitet
wird, und dadurch, daß das Bild für das linke Auge vom Reflektor 55b auf genommen
wird und zum Reflektor 57b' weitergeleitet wird. Ein weiteres Verfahren zur Beseitigung
der Uberkreuzung der Teilbilder besteht darin, zwei sogenannte "Amici-Dachprismen"
(AMICI roof prisms) an der Bildaufnahmeröhre 6 zu verwenden. Diese Prismen ergeben
gemeinsam mit der entsnrechenden Verbindung der Ablenkschaltung der Bildaufnahmeröhre
ein nicht mehr "überkreuztes' Bild.
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Fig 14 veranschaulicht eine weitere, erfindungsgemäße Anordnung, wo
ein aus mehreren Linsen bestehendes .ikroskonobjektiv 60 anstelle des Objektivs
12 zwischen dem Objekt 7 und der Bildaufnahmeröhre 6 verwendet wird. Dann wird ein
stark vergrößertes Abbild (1OV- bis 200fach) des Objekts 7
auf
der Kathodenstrahlröhre 5 gesehen. In diesem Falle werden die Haube la und die Bildmaske
4 zur Seite geschwenkt für eine einzige, vergrößerte Wiedergabe des tbjelLts 7.
Wo geringe, nicht-stereoskopische Vergrößerung (2- bis l2Ofach) gewünscht wird,
können die ontischen Vorrichtungen 9 für die stereoskopische Bildwiedergabe von
dem Objektiv 12 der in Fig. 1 bis Fig. 7 dargestellten Grundanordnung entfernt werden.
Bs ist nicht notwendig, die Polarisationsfilter 15 zu entfernen.
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Beine nicht-stereoskoische vergrößerte Abbildung 'rann in einer der
;ffnungen der Bildmaske 4 erhalten und eine weitere nicht-stereoskopische des gesamten
Gebiets kann in der anderen uffnung der Bildmaske 4 gesichert werden. in diesem
Fall können zwei verschiedene Brennweiten in der Anordnung nach Fig. 12 verwendet
werden, oder auch zwei gleiche objektive, die verschieden angebracht sind. Dabei
ist die Strahlspaltungsvorrichtung 10 nicht erforderlich. Die Haube la wird dann
zur Seite geschwenkt.
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Fig. 1 bis Hig. 14 stellen verschiedene Ausführungsformen des erfindungsgemäßen
stereoskopischen Fernsehmikroskops dar, wo eine einzige Bildaufnahmeröhre 6 und
eine einzige Kathodenstrahlröhre 5 zur Bildwiedergabe verwendet werden.
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In diesen Darstellungen erscheinen die Bilder des stereoskonischen
Bilderpaares nebeneinander, wie in Fig. 15a veranschaulicht. Das Raster kann jedoch,
wie in Fig. 15b gezeigt, geteilt worden, so daß die Bilder des stereoskopische
Bilderpaares
übereinander erscheinen. Hierbei ergeben sich gewisse Vorteile; denn eine Fernseheinrichtung
weist eine weitaus bessere vertikale Linearität als horizontale Linearität auf.
Da die Linearität in der Bildmitte weitaus größer ist als an den Bildrändern, sind
Anordnungen, wie sie in Fig. 15c und Fig. 15d gezeigt werden, sogar noch wünschenswerter.
Bei den in Fig. 15b,c,d dargestellten Anordnungen sind dem 'achmann bekannte, optische
Vorkehrungen sowohl an der. Bildaufnahmeröhre als auch an der Kathodenstrahlröhre
für die Bildwiedergabe derart getroffen worden, daß der Betrachter das endgültige
Bild mit richtiger Orientirung sieht.
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Nicht besonders dargestellt, jedoch dem Fachmenn selbstverständlich,
sind weitere Verfahren des dreidimensionalen Fernsehens, die in Verbindung mit der
vorliegenden Erfindung verwendet werden können. Beispielsweise können zwei Bildaufnahmeröhren,
eine für jedes Bild des stereoskopischen Bilderpaares, im Bildaufnahmeteil verwendet
werden. Zwei Kathodenstrahlröhren können ebenfalls im Bildwiedergabeteil eingesetzt
werden, so daß jede dieser Kathodenstrahlröhren ein Bild des stereoskopischen Bilderpaares
wiedergibt. Ein weiteres Verfahren besteht darin, erst ein Bild des stereoskopischen
Bilderpaares, dann das andere Bild sequentiell zu übertragen, unter Verwendung geeigneter
Blendenverschlüsse oder hin- und herschwingender Reflektorvorrichtungen im Bildaufnahmeteil.
In diesem Fall müssen Verschlußvorrichtungen oder eine Kombination aus einem rotierenden
Filter vor der Kathodenstrahlröhre und entsprechenden Filtern vor den
Augen
des Betrachters verwendet werden, so daß jedes Auge das richtige Bild des stereoskopischen
Bilderpaares empfängt.
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Linsenraster können ebenfalls bei der Aufnahme und/oder der Wiedergabe
zur Übermittlung des stereoskopischen Bilderpaares verwendet werden. Die vorliegende
Erfindung kann mit jedem Verfahren des dreidimensionalen Fernsehens oder Films benutzt
werden, oder mit anderen dreidimensionblen Bildern, die durch andere Aufnahmeverfahren
erzeugt werden (einschließlich mechanischer Bildabtastungsverfahren) und durch andere
Wiedergabeverfahren (einschließlich Laseranordnungen und anderer Arten der Bildwiedergabe).
Die vorliegende Erfindung kann auch mit jeder Art von farbiger Fernsehbildaufnahme
und- wiedergabe benutzt werden.
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Ein weiteres Merkmal eines elektronischen Mikroskops besteht darin,
daß das Objekt durch andere als die sichtbaren, elektromagnetischen Strahlen wie
z.B. Infrarot- oder Ultraviolettstrahlung, beleuchtet werden kann. In diesem Fall
wird eine für derartige Strahlen empfindliche Bildaufnahmeröhre verwendet. Es könnte
auch eine Bildaufnahmeröhre für geringe Objekthelligkeitswerte verwendet werden,
und ein hinreichendes Bild wäre dann von schwach beleuchteten Objekten zu sehen,
die bei normaler Beleuchtung beschädigt würden. Ein anderes Merkmal besteht darin,
daß durch elektronische Umkehr der Polarität das Bild weiß auf schwarz anstatt schwarz
auf weiß erscheinen kann. Außerdem sind die Augen des Betrachters in dem Fall geschützt,
wo die beleuchtende Strahlung gefährlich ist, beispielsweise beim Schweißen
oder
beim Schneiden mittels eines Laserstrahls. Es sollten jedoch geeignete Schirmungen
gegenüber der durch die Kathodenstrahlröhre erzeugten Röntgenstrahlung vorgesehen
werden. Ein derartiges Verfahren besteht darin, die Kathodenstrahlröhre nach oben
zu richten und einen Planspiegel zwischen dieser und dem Betrachter zu verwenden,
der sich seitlich befindet. Stattdessen kann strahlungsabsorbierendes Glas zwischen
der Sathodenstrahlröhre 5 und den Augen des Betrachters verwendet werden.
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Wenn sich der Umschalter 23 in der Stellung "AUSSEN" (out) befindet,
kann das Signal von der Bildaufnahmeröhre 6 nicht nur an die Kathodenstrahlröhre
5 gelegt werden, sondern auch über den Verbindungsstecker 24 zu anderen Geräten
geleitet werden. Beispielsweise kann das erfindungsgemäße stereoskopische Fernsehmikroskop
mit einer Anzahl- von anderen Fernsehmikroskopen derselben Art zu Unterrichtszwecken
verbunden werden, und durch Umlegen des Umschalters 23 kann der Unterrichtende erreichen,
daß alle Legenden dasselbe Objekt 7 sehen, das er betrachtet. Auf denMikroskopen
der Lernenden befindet sich der Umschalter 23 dabei in der Stellung "EINGANG" (in),
so daß diese das Signal empfangen, das den Steckern 26 ihrer Mikroskope zugeführt
wird. In -einem anderen Fall schaltet ein Inspektor den Umschalter 23 an seinem
Mikroskop auf "EINGANG" (in) um, um ein Signal an seinem-Stecker 26 von irgendeinem
anderen I\ikroskop aufzunehmen. Das externe Signal wird dann auf
-seine
Kathodenstrahlröhre 5 gegeben, so daß er die Arbeit beobachten und inspizieren kann,
die an einer anderen Stelle verrichtet wird.
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Ein weiteres Anwendungsbeispiel besteht darin, daß der Umschalter
23 in die Stellung "AUSGANG'' (out) umgelegt werden kann, und damit eine Koaxialleitung
vom Verbindungsstecker 24 her mit einem herkömmlichen Bildaufzeichnungsgerät verbunden
wird. Das Bild wird sodann in der üblichen Weise auf dem Bildaufzeichnungsgerät
aufgezeichnet; und die stereoskopische Bildaufzeichnung kann auf demselben oder
anderen erfindungsgemäßen Fernsehmikroskopen wiedergegeben werden, oder auf einem
gewöhnlichen Fernsehbildgerät oder Fernsehmonitor, mit den entsprechenden optischen
Zusatzeinrichtungen zur späteren dreidimensionalen Betrachtung. Ein gewöhnliches
Fernsehbildgerät, ohne stereoskopische, optische Vorrichtungen, kann zu zweidimensionalen
Überwachungszweeken verwendet werden, weil beide Teilbilder klar und unverzerrt
sind.
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Ein weiterer Verwendungszweck des erfindungsgemäßen Fernsehmikroskops
besteht darin, den Umschalter 23 in die Stellung GASSEN" (out) zu bringen und den
Verbindungsstecker 24 an eine Rechenanlage anzuschließen.
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Die Bildelemente können elektronisch digitalisiert werden, und dieses
Signal kann in der Rechenanlage verarbeitet werden, um größeren Kontrast zu erzielen,
oder bestimmte Komponenten des Bildobjekts auszusortieren
oder
festzustellen, usw.. Das Bild kann in der Rechenanlage gespeichert und zu einem
späteren Zeitpunkt als stereoskopisches Bilderpaar wiedergegeben und dreidimensional
betrachtet werden, oder in Echtzeit aus dem Speicher ausgelesen werden.
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Ein weiteres Beispiel einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
besteht darin, daß eine Polaroidkamera, unter Verwendung eines halbdurchlässigen,
versilberten Spiegels in der Haube la dazu verwendet werden kann, eine fotographische
Aufnahme von dem stereoskopischen Bilderpaar auf dem Schirm der Kathodenstrahlröhre
5 anzufertigen. In diesem Fall wird die Bildfeldteilerplatte 29 zur Seite geschwenkt.
Die Polaroidaufnahme könnte anschließend mit einem herkömmlichen stereoskopischen
Betrachtungsgerät, oder auch zu einem späteren Zeitpunkt, betrachtet werden.
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Der Bildaufnahmeteil des erfindungsgemäßen, stereoskopischen Fernsehmikroskops
kann an einem gefährlichen, entfernten oder unzugänglichen Standort aufgestellt
sein, und der Bildbetrachtungsteil kann sich an einer geeigneteren Stelle befinden.
Ein Kabel, eine Funkstrecke, oder eine andere Art von Übertragungsmittel überträgt
dann das Signal.
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Das erfindungsgemäße stereoskopische Fernsehmikroskop hat zahlreiche
Vorteile gegenüber einem nur optisch wirkendem, stereoskopischen Mikroskop. Das
herkömmliche
stereoskopische Mikroskop muß genau einjustiert werden,
um sich dem Augenabstand des Betrachters anzupassen.
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Dies erfordert, daß die beiden Okulare auf einen genauen Abstand voneinander
(innerhalb einer Toleranz von 0,4mm) eingestellt werden. Außerdem muß die Schärfeeinstellung
bei beiden Okularen unabhängig voneinander erfolgen, um die Sehschärfeunterschiede
zwischen beiden Augen auszugleichen. Schließlich wird jede verbleibende Abweichung
zwischen der Optik des mikroskops und den Augen der Bedienperson durch die Augen
der Bedienperson selbst korrigiert. Diese anormale Kompensation "verzieht" die Augen
und schafft eine Uberanstrengung der Augen, und eine längere Betrachtungstätigkeit
erzeugt dann eine Ermüdung der Augen und daraus resultierende Kopfschmerzen. Wenn
dasselbe Untersuchungsobjekt zuerst von einer Person und dann von einer weiteren
Person betrachtet werden muß, sind alle Nachjustierungen jedesmal durchzuführen,
um den Ausgleich für den jeweiligen Betrachter zu schaffen. Dies ist nicht der Fall
bei der erfindungsgemäßen Einrichtung, die zu dem Zwecke entwickelt worden ist,
daß Bilder in üblicher Weise, ohne Überanstrengung und bei entspannter Augenstellung
gesehen werden sollen.
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Beim Übergang von einem Betrachter zum anderen ist keine Nachjustierung
erforderlich. Um bei den üblichen optischen Stereomikroskopen die Schärfe der Abbildung
beizubehalten, müssen Kopfbewegungen eingeschränkt werden, was zu verstärkter Ermüdung
von Nacken und Körper bei langen Betrachtungszeiträumen führt. Bei der Herstellung
von
Miniaturschaltungen oder integrierten Schaltungen ist das Ergebnis
ein geringer Wirkungsgrad, starke Fluktuation der Arbeitskräfte uhdzahlreiche Fehler
bei kostspieligen Erzeugnissen. Die Schwierigkeit der Nachjstierungen zwischen den
einzelnen Okulareinstellungen, die beim optischen Stereomikroskop erforderlich sind,
ist derart hoch, daß es vielen Bedienpersonen mißlingt, ein einwandfreies Bild für
beide Augen zu erzielen. Bei Verwendung der erfindungsgemäßen Einrichtung kann eine
Bedienperson ohne vorhergehende Erfahrung mit Tikroskopen sogleich ein dreidimensionales
Bild mit beiden Augen betrachten.
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Im Gegensatz zu optisch arbeitenden LTikroskopen, wo das Auge innerhalb
einer Entfernung von 0,3 bis 0,6 cm vor dem Okular verharren muß, bevor ein Bild
gesehen werden kann, vermag man bei der erfindungsgemäßen Einrichtung das Bild bei
völliger Entspannung und Bequemlichkeit in einem Bewegungsbereich der Augen von
15 cm (vor und zurück) und von 2,5 cm (seitlich) zu betrachten. Das Gesicht der
Bedienperson braucht, selbst wenn diese eine Brille trägt, nicht mit dem Gerät in
Berührung zu kommen.
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Diese völlige Befreiung von der Einschränkung der herkömmlichen Doppelokulare
ermöglicht der Bedienperson stundenlange Betrachtungstätigkeit ohne körnerliche
Ermüdung.
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Die grundsätzliche Ausgestaltung der Einrichtung nach der vorliegenden
Erfindung gestattet der Bedienperson bequem, mit natürlicher örper- und Ropfhaltung,
zu sitzen.
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Die Hände der BedienPerson werden in geeigneter Weise in der Höhe
des Arbeitstisches gehalten, und die Beobachtung der Bildwiedergabevorrichtung erfordert
eine geringfügige, abwärts gerichtete Neigung des Kopfes. Die Bedienperson kann
leicht von der vergrößerten Wiedergabe direkt auf das Objekt schauen. Diese Möglichkeit,
Objekte direkt zu betrachten, beschleunigt Zusammenbauarbeiten, weil sie der Bediennerson
gestattet, Bauteile und Arbeitswerkzeuge schnell in die unmittelbare Nähe des Objekts,
vor der Rückkehr zur Betrachtung der vergrößerten Wiedergabe, zu bringen.
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Das gewöhnliche optische Mikroskop erfordert, daß die Bedienperson
unter einem beträchtlichen Neigungswinkel des Kopfes nach unten schaut, während
die erfindungsgemäße Einrichtung nur eine geringfügige Kopfneigung erfordert, wie
sie gewöhnlich beim Lesen eines Buches gebräuchlich ist.
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Das gewöhnliche Mikroskop ist nur auf einen Punkt scharf eingestellt,
und näher oder weiter entfernt liegende Objekte erscheinen verschwommen. Die grundsätzlich
elektronischoptischen Vorrichtungen nach der vorliegenden Erfindung ergeben eine
extreme Tiefe des Abbilduogsbereichs bei allen Vergrößerungsfaktoren. Beispielsweise
kann ein cuadratisches Gesichtsfeld von 2,54 cm Seitenlänge eine Betrachtungstiefe
von 1,27 cm aufweisen. Diese große rXiefenschärfe ermöglicht, Objekte in verschiedenen
Ebenen um die Brennpunktsebene zu betrachten, ohne die andauernde auf- und abwärtsgehende
Binstellbewegung,
die bei herkönmlichen Mikroskopen notwendig ist, um eine scharfe Abbildung des gesamten
Objekts zu erhalten. Bei Zusammenbauarbeiten können Werkzeuge rasch in den Schärfebereich
gebracht werden, und bei niedrigen Vergrößerungsfaktoren können die Objekte mit
der Hand gehalten werden und lassen damit Haltevorrichtungen und den Zeitaufwand
entfallen, die erforderlich sind, wenn die Betrachtung unter üblichen Mikroskopen
mit ihrer begrenzten Tiefenschärfe stattfindet.
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Die Verwendung herkömmlicher elektronischer Vorrichtungen in dem stereoskopischen
Fernsehmikroskop nach der vorliegenden Erfindung gestattet eine elektronische Grundvergrößerung
einen erhöhten Bildkontrast und die seitenrichtige Wiedergabe verdrehter Bilder.
Diese i5erkmale ergeben eine beträchtliche Vereinfachung des Tinsensystems zur Bildaufnahme.
Die elektronischen Vorrichtungen intensivieren ebenfalls den Bilde in druck. Dies
ergibt ein Linsensystem mit höherer "F"-Zahl, was gleichbedeutend ist mit geringerem
Lichtbedarf auf dem Objekt und größerer Tiefenschärfe. Ein Vergleich eines optischen
mit einem Fernsehmikroskop nach der vorliegenden Erfindung offenbart, daß die kennwerte
des letzteren Mikroskops in vieler Hinsicht denjenigen des optischen I:ikroskops
gleich oder diesen überlegen sind, und daß das erfindungsgemäße Fernsehmikroskop
eine Anzahl zusätzlicher lierkmale aufweist, die bei einem optischen Stereomikroskop
nicht vorhanden sind.
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Tabelle I liefert einen Vergleich der Kenwerte eines typischen optischen
Stereomikroskops im Vergleich zu einem typischen stereoskopischen Fernsehmikroskop
mit veränderlicher Brennweite nach der vorliegenden Erfindung. Der gesamte Bereich
der Brennweitenänderung ist in beiden Fällen annähernd derselbe. Jedoch muß das
optische I-'ikroskop zur Erreichung seines vollen Variationsbereichs mit einem fIilfsobjektiv
und einem 25fach vergrößernden Okular verwendet werden. Beim optischen F ikroskoo
besteht die Einstellvorrichtung für die Brennweitenänderung aus einem Linsenantrieb.
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Beim erfindungsgemäßen Fernsehmikroskop braucht die gebräuchliche
Gummilinse nicht eingesetzt zu werden, stattdessen wird der Abstand zwischen dem
Objekt und dem Objektiv gleichzeitig mit einer Änderung des Abstandes zwischen dem
Objektiv und der Bildaufnahmeröhre variiert. Die Verbindung dieser beiden Einstellbewegungen
schaffen die Wirkung der Brennweitenänderung, die mit einem einfachen Objektiv vollbracht
wird. Die Varioptik beim optischen Mikroskop bedarf hingegen eines genauestens aufeinander
angepaßten Objektiv paares.
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Der Arbeitsabstand des erfindungsgemäßen Fernsehmikroskops ist ungefähr
doppelt so groß wie der Arbeitsabstand des optischen iikroskops, und dieser Arbeitsabstand
verändert sich allmählich, von etwa 15 bis 5 cm. Andererseits liegt beim optischen
mikroskop der Arbeitsabstand im Bereich niedriger Vergrößerungsfaktoren bei 7,5
cm und für den Bereich hoher Vergrößerungsfaktoren bei 2,5 cm fest. Im Fall des
Fernsehmikroskops ist die Wahrnehmung der Bildtiefe in Abhängigkeit von der Brennweitenänderung
ausgezeichnet.
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Dies beruht darauf, daß der Konvergenzwinkel während der gesamten
Brenweitenänderung unverändert bleibt. Der onvergenzwinkel des optischen Stereomikroskops
bleibt bei niedrigen Vergrößerungsfaktoren unverändert, und die Wahrnehmung der
Bildtiefe ist gut, aber er wird überaus groß bei hohen Vergrößerungsfaktoren.
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Die Tiefenschärfe des erfindungsgemäßen Fernsehmikro skops ist über
den gesamten Bereich der minderung der Vergrößerung ausgezeichnet. Im Fall des optischen
Mikroskops ist die Tiefenschärfe bei allen Werten des Vergrößerungsfaktors beschränkt.
Der Grund für diese Eigenschaft liegt darin, daß das erfindun gsgemä2e Mikroskop
mit abgeblendetem Objektiv arbeitet, und die Einstellung der Irisblende sich bei
Änderung des Vergrößerungsfaktors ändert, während beim optischen ! ikroskop das
Objektiv weit offen betrieben wird, um genug Lichteinfall durch das optische System
zu erhalten.
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Das erfindungsgemäße Fernsehmikroskop benötigt nicht soviel Helligkeit,
weil die normale Bildaufnahmeröhre bereits bei niedriger Helligkeit empfindlich
ist. Eine besondere Bildaufnahmeröhre für geringe Helligkeit kann verwendet werden,
um die Tiefenschärfe noch weiter zu vergrößern und das Objekt vor übergroße Helligkeit
zu bewahren.
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Beim erfindungsgemäßen Fernsehmikroskop wird die von der Brennweite
abhängige Helligkeit automatisch durch mechanische und elektronische Vorrichtungen
nachgestellt. Die irisblende kann derart gesteuert werden, daß sie sich öffnet,
während
die Brennweiteänderung stattfindet, und die Schaltung der
Fernseheinrichtung kann eine elektronische Kompensation eines Faktors von mehreren
Tausend bis 1 bei für die Bildaufnahmer einschließen. Im Fall des optischen Stereomikroskops
ändert sich das Bild in seiner Helligkeit, während die Brennweitenänderung stattfindet.
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Bei den tynischen optischen Kikroskop sind die Ckulare ein genauestens
angepaßtes Linsenpaar mit lCfacher Vergrößerung. Beim erfindungsgemäßen Ferhsehmikroskop
bilden der Bildaufnahme- und der Bildwiedergabeteil ein elktronisches Okular mit
etwa 12facher Vergrößerung. Wenn ein Fernsehsystem mit 32 'Wz Videobandbreite verwendet
wird, das auf 1023 Zeilen pro Vollbild festgelegt ist, so beträgt die horizontale
Auflösung in der mitte jedes Teilbildes des stereoskopischen Bilderpaares ungefähr
625 Fernsehbildzeilen.
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Die vertikale Auflösung in der mitte beträgt ungefähr 650 Zeilen.
Tn dem vorliegenden Fall liegen die Zeilen so dicht beieinander, da; sie bei einem
Betrachtungsabstand von 30 cl nicht mehr gesehen werden, die Bildelemente liegen
dicht genug beieinander, um nicht einzeln bei niedrigen Vergrößerungsfaktoren auf
selbst cl werden. Bei annähernd facher Vergrößerung beschränken die einzelnen Bildelelemente
die Auflösung des Bildes, und höhere Vergrößerung bringt keinen Gewinn. Im Fall
des optischen ikroskops hat das Okular eine hohe Auflösung. Jedoch fällt die Gesamtauflösung
des kombinierten optischen Systems in einer Weise ab, die derjenigen des erfindungsgemäßen
Fernsehmikroskops ähnelt, und Vergrößerungsfaktoren von mehr als 56fach bringen
keinen
Gewinn mehr. Obgleich das optische Stereomikroskop eine
höhere Auflösung bei niedrigeren Vergrößerungsfaktoren aufweist, wird dies nicht
erkennbar, weil das Grenzauflösungsvermögen der Augen bei etwa 7 bis 8 Zeilen pro
J-illimeter liegt.
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Die festen der erfindungsgemäßen Einrichtung sind nahezu direkt abhängig
von der Videobandbreite des Fernsehsystems.
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Bei jenen Anwendungen, wo eine hohe Auflösung nicht erforderlich ist,
können preisgünstige Fernsehkameras und -bildgeräte eingesetzt werden, und die Kosten
werden mit den Kosten optischer Stereomikroskope vergleichbar. Wenn ein richtungen
mit hohem Auflösungsvermögen eingesetzt werden, können die Kosten für das erfindungsgemäße
Stereomikroskop die Kosten für ein optisches mikroskop übertreffen.
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Die Punkte für die optimale Bilderkennung liegen bei einem optischen
Mikroskop sehr dicht am Okular, und es ist ein sehr geringer Bewegungsspielraum
für die Augen ( entweder vor- und rückwärts, oder seitlich) gegeben. Bei dem erfindungsgemäßen
Fernsehmikroskop ist eine vor- und rückwärtsgerichtete Bewegung der Augen von bis
zu 15 cm und seitlich von bis zu 2,5 cm möglich, ohne @ das stereoskopische Bild
zu verlieren. Beim-Fernsehmikroskop können Augenkorrekturgläser getragen werden,
während es beim optischen l:ikroskop schwierig ist, Brillen zu tragen. Die Fachjustierung
für die Augen des Beobachters ist beim optischen GTikroskop notwendig, weil der
Augenabstand eines Betrachters gegenüber einem anderen ändert. Jedoch das erfindungsgemäße
Fernsehmikroskop
erfordert keine derartige Nachjustierung, weil seine Sichtöffnungen groß genug sind,
um jeden Betrachter zuzulassen.
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Beim optischen Mikroskop ist die Betrachtungsrichtung gewöhnlich unter
einem Winkel von 300 gegen die Senkrechte nach unten gerichtet. Bei dem erfindungsgemäßen
Fernsehmikroskop kann die Betrachtungsrichtung horizontal gerichtet sein oder unter
jedem gewünschten Winkel geneigt sein. Die Drehung des Bildes wird elektronisch
und auf sehr einfache Weise durch die elektronischen Vorrichtungen des erfindungsgemäßen
Fernsehmikroskops ;bewerkstelligt. Dagegen erfordert das optische Stereomikroskop
Prismen, die weitere Komplikationen schaffen.
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Das Bild des optischen Mikroskops ist farbig. Bei dem erfindungsgemäßen
mikroskop können eine Farbfernsehkamera und ein Farbfernsehbildgerät eingesetzt
werden, dies wirkt sich auf die zysten aus. Künstlich erzeugte Farbbilder können
beim erfindungsgemäßen Fernsehmikroskop angeweendet werden.
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In diesem Fall werden die verschiedenen Grautöne des Schwarz-Weiß-Bildaufnahmeteils
dazu verwendet, das Bild "künstlich" in einer Farbenskala zu kodieren, die auf einem
Farbfernsehbildgerät betrachtet werden kann.
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Bei optischen M Mikroskopen betrifft die Wartung hauptsächlich die
Justierung und den Abgleich der optischen Vorrichtungen mit ihrer Mechanik. Bei
erfindungsgemäßen Fernsehmikroskopen
sind die elektronischen Vorrichtungen
vorzugsweise in Festkörper-Schaltkreistechnik ausgeführt und weisen eine äußerst
lange Lebensdauer auf. Die beiden einzigen Bauteile, die einen Austausch nach mehreren
tausend Betriebsstunden erfordern würden, waren die Bildaufnahme- und die Rathodenstrahlröhre.
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Einige der besonderen #e #male des erfindungsgemäßen Fernsehmikroslcops,
die'bei optischen Mikroskopen nicht vorhanden sind, sind wie folgt: (1) Jede beliebige
Anzahl von Fernsehmikroskopen kann zusammengeschalte-t werden, um vielfache Betrachtung
zu ermöglichen, und es können auch getrennte Bildwiedergabegeräte eingesetzt werden,
sowie daß eine große Anzahl von Personen dasselbe Bild betrachten kann; (2)das Videobild
kann sofort auf Band aufgezeichnet und unmittelbar daran anschließend wiedergegeben
werden, in zwei-oder dreidimensionaler Wiedergabe; (3)die Beleuchtung des Objekts
durch eine von sichtbarem Licht verschiedene Strahlung kann beim erfindungsgemäßen
Fernsehmikroskop eingesetzt werden. Es können beisnielsweise infrarot-, Ultraviolett-
oder Rötgenstrahlen dazu verwendet werden; das Objekt zu beleuchten, dabei wird
eine Bildaufnahmeröhre verwendet, die in dem entsprechenden Teil des Spektrums empfindlich
ist; (4)das Videobild kann ganz nach Wunsch negativ oder positiv gemacht werden,
was bei der Beobachtung von bestimmten Merkmalen des Untersuchungsobjekts hilft;
(5)das
elektronische Bild kann von einer elektronischen Rechenanlage oder von einer anderen
elektronischen Vorrichtung verarbeitet werden, um das Bild hervorzuheben und die
Analyse des Bildes auf vielerlei Art zu ermöglichen.
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TABELLE 1 Lennwert Optisches Mikroskop Fernsehmikroskop Gesamter
Anderungs- 8-bis 40fach oder 8- bis 200fach bereich der Brenn- 40- bis 200fach++
weite Arbeitsabstand 7,5 bis 2,5cm 15 bis 5 cm Wahrnehmung der gut (fach) ausgezeichnet
Bildtiefe bei Brenn- verzerrt (über (8- bis 200fach) weitenänderung 40fach) Tiefenschärfe
beschränkt ausgezeichnet von der Brennweite variabel konstant abhängige Helligkeit
Okulare optisch elektronisch Gesamtauflösung hoch mittel bis hoch Punkte ontimaler
dicht am Okular weiter Bereich Bilderkennung und eingeschräkt Gebrauch mit Augen
schwierig normal korrekturgläsern Betrachtungs- 300 gen die beliebig richtung Senkrechte
Bilddrehung optische Prismen elektronisch Farbe Ja wahlweise Wartungsbedarf niedrig
niedrig Vielfache simultane Fein Ja Betrachtung ++ mit 2fach vergrößerndem Hilfsobjektiv
und 25 fach vergrößerndem Okular
T A B 3S L E (fortgesetzt) Kennwert
Optisches Mikroskop Fernsehmikroskop Bildaufzeichnung »ein Ja Beleuchtung mit Kein
Ja uns ichtbarem Licht Elektronische ein Ja Bildverarbeitung Aus der vorhergegangenen
Beschreibung wird deutlich, daß die vorliegende Erfindung ein. erheblich verbessertes
Verfahren und eine erheblich verbesserte Einrichtung zur dreidimensionalen Betrachtung
vergrößerter Bilder kleiner Objekte/schafft. Dem Pachmann werden verschiedene weitere
Abwandlungen möglich erscheinen, die in den Rahmen der vorliegenden Erfindung fallen.
Daher ist die vorliegende Erfindung nicht als auf die spezifischen Ausführungsbeisoviele
beschränkt. anzusehen, die zufn Zwech der Veranschaulichung dargelegt worden sind.
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- Patentansprüche -