DE2801262C2 - Einrichtung zur Vergrößerung der Austrittspupille bei einem optischen Gerät, insbesondere bei einem Mikroskop - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Es ist bekannt, daß die Austrittspupille eines normalen Mikroskops einen begrenzten Durchmesser hat, so daß sich das Auge des Betrachters ir/ einer genau definierten Lage relativ zu dieser Ausgangspupille befinden muß, wenn er das Bild des Objektes richtig und vollständig erfassen will. Sobald der Betrachter seinen Kopf quer zur Ausgangspupille bewegt, gelangt das Objekt aus seinem Blickfeld. Mindestens aber wird, wenn er den Kopf in die Beobachtungsstellung oder aus dieser herausbewegt, die Feldgröße beeinflußt.

Bei einer bekannten Einrichtung gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs von Patentanspruch 1 (DE-AS 62 223) ist im Lichtweg zwischen Objekt und Auge des Beobachters ein optisches Element in Form eines .mit linsenförmigen Elementen besetzten flächigen Gebildes angeordnet. Die linsenförmigen Elemente bestehen hierbei aus sphärischen Linsen, die auf einer Scheibe oder einem Band aus biegsamen Kunststoff angeordnet sind. Diese Anordnung hat zur Folge, daß sich die Linsen nur punktförmig berühren und somit flache Bereiche zwischen den einzelnen sphärischen Linsen verbleiben, wobei die Reflexion von diesen flachen Bereichen zu einer Verschlechterung des Bildes in der Bildmitte führt. In der Praxis ergibt sich bei dieser Reflexion ein heller Punkt, der insbesondere bei stereoskopisch^ Mikroskopen zu einer Ablenkung des Betrachters führen kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung zu schaffen, bei welcher Bildqualitätsverschlechterungen insbesondere im Bereich der Bildmitte aufgrund einer

Reflexion in flachen Bereichen vermieden werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß^urch die im kennzeichnenden Teil des PatentanspnTcm 1 enthaltenen Merkmale gelöst, wobei zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung durch die in den Unteransprüchen angegebenen Merkmale gekennzeichnet sind.

Nach Maßgabe der Erfindung werden die bei der herkömmlichen Linsenanordnung verbleibenden flachen Bereiche vermieden, so daß es auch nicht zu den als nachteilhaft erkannten Qualitätsverschlechterungen des Bildes in der Bildmitte kommt.

Zwar ist es aus der US-PS 34 53 035 bekannt. Schlitzgitter orthogonal zueinander vor einer Linse anzuordnen, jedoch handelt es sich hierbei um Beugungsgitter, die in keinem engeren Zusammenhang mit dem Gegenstand gemäß Anspruch 1 stehen.

Nachfolgend werden Xusführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Darin zeigt

F i g. 1 eine herkömmliche Okularlinse;
ι F i g. 2 im Schnitt Teile von zwei drehbaren mit Rillen versehenen Scheiben;

F i g. 3 schematisch die optische Wirkung eines Teiles einer der Scheiben der F i g. 2;

F i g. 4 und 5 schematisch ein reflektierendes bzw. ein transmittierendes Mikroskop nach der Erfindung;

Fig.6 eine Anordnung zum Teilen eines optischen Strahlganges und

F ι g. 7 und 8 schema'.isch reflektierende und transmittierende stereoskopische Mikroskope nach der Erfindung.

Nach Fig. 1 erhält eine Okularlinse 10 Licht von der Begrenzungsöffnung 12 eines Objektivs 13 und bildet in einem Brennpunkt 14 eine übliche Ausgangspupille, die in einer Einrichtung mit hoher Vergrößerung, wie einem Mikroskop, einen Durchmesser von etwa 2 mm oder weniger hat. Das Auge eines Betrachters, der das Okular direkt verwendet, muß eine solche Lage haben, daß die Pupille des Auges mit der Ausgangspupille bei 14 zusammenfällt.

Fig.2 zeigt Teile zweier kreisförmiger flacher Scheiben 16, 18, die um eine gemeinsame Achse 20 drehbar sind. Die Oberfläche der Scheibe 16 ist mit einem Linsenraster aus Rillen 24 und Vorsprüngen 22 von im wesentlichen teilzylindrischer Form versehen. Ein Schnitt durch die Oberfläche entspricht einer kontinuierlichen, angenähert sinusförmigen Kurve, die beispielsweise eine Teilung oder Ganghöhe von weniger als 1 mm aufweist. Die Scheibe 18 ist mit identischem Linsenraster versehen, jedoch senkrecht zu dem Linsenraster der Scheibe 16. Die mit dem Linsenraster versehenen Oberflächen stehen miteinander in Berührung.

Fig.3 veranschaulicht einen teilzylindrischen Vorsprung 22 in der Scheibe 16. Die Bezugsziffer 14 bezeichnet die Position der Ausgangspupille, die von der Okularlinse 10 (Fig. 1) gebildet wird. Die Okularlinse bildet ein reelles Bild in der Ebene der Scheibe 16 ab. Der Vorsprung 22 wirkt als eine zylindrische Linse und liefert an der mit dem Bezugszeichen 34 bezeichneten Stelle ein Bild der üblichen Ausgangspupille bei 14. Licht von dem Bild bei 34 ist in einer vergrößerten Pupille 26 sichtbar, die in der Zeichnungsebene längs einer durch die Doppelpfeile angezeigten Linie verläuft, und eine Breite aufweist, die mit dem Durchmesser der herkömmlichen Ausgar.gspupille bei 14 vergleichbar ist. Das Auge 28 eines Betrachters kann in jeder Lage längs der Linienpupille 26 ein schmales Strahlenbündel, wie das Strahlenbündel 30, mit einer Länge in der

Zeichnungsebene aufnehmen, die durch die öffnung des Auges bestimmt ist. Der Bereich der zylindrischen Oberfläche, auf dem dieses Bild fokussiert ist, ist mit 32 bezeichnet. Wenn sich das Auge längs der Linienpupille 26 bewegt, werden unterschiedliche Strahlenbündel von verschiedenen Teilen der zylindrischen Oberfläche und daher von verschiedenen Teilen des Bildes auf dieser Oberfläche erhalten. Es wird aber in keiner Augenposition möglich sein, die gesamte Fläche des von der zylindrischen Linse 22 erhaltenen Bildes zu betrachten. Ein ähnliches Ergebnis wird erhalten, wenn das Auge ortsfest ist und die Linse 22 parallel zu der Linienpupille 26 bewegt wird.

Wenn eine Feldlinse mit der oben definierten Eigenschaft zwischen die Stelle 34 und das Auge 28 des Betrachters eingesetzt wird und die Linse 22 eine Linse aus einer Vielzahl zylindrischer Linsen auf der Oberfläche der Scheibe 16 ist, dann würde eine ,Betrachtung in irgendeiner Lage längs der Linienpupille

i26 das Ergebnis haben, daß ein kleiner Teil des auf der Oberfläche jeder zylindrischen Linse fokussieren Bildes

, zu sehen ist. Jedoch ist die Pupille 26 nur noch in der Zeichnungsebene vergrößert, so daß auch mit einer Vielzahl zylindrischer Linsen eine Linienpupille noch wesentlich ist.

- Wenn jedoch zwei winkelig, vorzugsweise rechtwinkelig zueinander stehende Linsen verwendet werden, wie in Fig.2 gezeigt ist, wird die Pupille in zwei zueinander winkelig stehenden Richtungen vergrößert und die insgesamt vergrößerte Pupille hat bei orthogonaler Kreuzung der Richtungen rechteckige Form. Dies liefert jedoch, wie zuvor erklärt wurde, noch ein unvollständiges Feld, weil der Bereich an jeder zylindrischen Linse, von dem ein Bild durch das Auge erhalten'wird, noch kleiner als der gesamte Linsenflächenbereich ist.

Wenn die Scheibe 16,18 nach F i g. 2 um die Achse 20 in derselben Richtung und mit der gleichen Geschwindigkeit gedreht werden, bewegen sich die dem Auge durch elementare Flächenbereiche der Scheibe hindurch sichtbaren Flächenbereiche des Bildes kontinuierlich, so daß bei einer vollen Umdrehung der Scheibe im wesentlichen der volle Feldflächenbereich für einen gewissen Verhältnisanteil der Abtastung sichtbar ist. Wenn die Scheiben schnell genug gedreht werden, ergibt die Betrachtung ein effektiv volles Sichtfeld an der vergrößerten Pupille, das nun infolge der Drehung kreisförmig ist.

Nach F i g. 2 sind beide Scheiben 16, 18 transparent. Es ist aber auch möglich eine Scheibe transparent zu machen, während die andere eine reflektierende Schicht auf der mit dem Linsenraster versehenen Oberfläche oder der ebenen Fläche hat. Die optischen Elemente, die solche Scheibenpaare aufweisen, gehören dann zu dem Reflektionstyp, der in F i g. 4 gezeigt ist.

Nach Fig.4 verläuft Licht von einer vergrößernden optischen Einrichtung 36 längs einer optischen Achse 38 durch eine transparente, mit dem rillenförmigen Linsenraster versehene Scheibe 42 und wird von einer zweiten mit dem rillenförmigen Linsenraster versehenen Scheibe 44 reflektiert, die auf der Vorderseite eine versilberte, mit dem Linsenraster versehene Oberfläche aufweist. Das Licht verläuft wiederum durch die Scheibe 42 und eine Feldlinse 48 zu einem Betrachter 50. Die Scheiben können um eine Achse 46 gedreht werden. Die optische Einrichtung ist so angeordnet, daß ein reelles Bild auf der Berührungsebene der Scheiben fokussiert wird.

Der Betrachter 50 sieht ein vergrößertes Bild, das durch andauernde Betrachtung eine vollständige FeIdsicht liefert. Das Bild kann aus einer Vielzahl Kopfstellungen mit Bezug auf das Gerat betrachtet werden, weil die Ausgangspupille vergrößert ist. Beispielsweise kann es einen Durchmesser von größenordnungsmäßig 15 cm aufweisen.

F i g. 5 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines Mikroskops. Licht von einem Objekt 52 verläuft durch eine Objektlinse 54 zu einer Projektionsokularlinse 56, wird von einem festen, ebenen Spiegel 58 zu einem festen, ebenen Spiegel 60 reflektiert und verläuft durch ein Paar drehbare, n-.it dem Linsenraster versehene Scheiben 62, 64 und eine Feldlinse 66 zu einem Betrachter 68. Hierbei wird ein reelles Bild des Gegenstands an der B':rührungsebene des Scheibenpaares 62,CA fokussiert.

Die Scheiben 62, (A sind an einer drehbaren, zylindrischen Trommel 70 montiert, die von einer drehbaren hohlen Welle 74 getragen wird, die von einem Motor (nicht gezeigt) angetrieben wird, Die trommel hat eine Anzahl Schlitze 72 in ihrer Oberfläche, um den Durchgang von Licht zwischen den Spiegeln 58 und 60 zu erlauben. Der Spiegel 60 wird von einer festen Trsgsp'indel 78 getragen, die durch die drehbare,hohle Welle 74 verläuft.

Die Ausführungsform nach Fig.5 erzeugt eine einzelne vergrößerte Ausgangspupiiie, die beide Augen erfassen kann. Es ist auch möglich, zwei vergrößerte Ausgangspupillen mit einem durchschnittlichen interpupillaren Abstand herzustellen, daß die Linsen 54 und 56, d. h. das Gerät unterhalb der Linie A-A in Fig.5,durch eine Strahlteilungsanordnung ersetzt wird, wie in F i g. 6 gezeigt ist. Licht von dem Gegenstand 52 verlauft dann durch eine Objektivlinse 80 zu einem üblichen Strahlteilungskomplex 82, der zwei ^Teilstrahlcn 84, 86 liefert, die von entsprechenden ebenen Spiegeln 88, 90 zu zwei Okularprojektionslinsen 92, 94 reflektiert werden. Ein Strahl von jeder Linse 92,94 verläuft dann in den übrigen Teil des Gerätes, wie in F i g. 5 gezeigt ist. und durch die Scheiben 62,64 zu einem Betrachter. Die Schaffung von zwei vergrößerten Ausgangspupillen kann höhere Bildbrilianz ohne wesentlichen Verlust an Kopfbewegungsfreiheit ergeben.

Es ist auch möglich, ein stereoskopisches Bild mit einer vergrößerten Pupille herzustellen. Nach Fig.7 verläuft Licht von einem Gegenstand 96 durch eine herkömmliche stereoskopische Objektivlinsenanordnung 98 zu einem Spiegelkomplex 100, der genaue Rechts- und Linksseitigkeit in dem endgültigen Bild liefert. Da^c Licht läuft dann durch ein Paar Projektionslinsen 102, welche Bilder des Gegenstandes 96 auf der Berührungsebene eines Paares transparenter, mit dem Linsenraster versehener Scheiben 104, 106 fokussiert, und zwei vergrößerte Ausgangspupillen 108, 110 mit durchschnittlichem interpupiilarem Abstand nach dem Durchgang durch eine einzelne Feldlinse 112 herstellt.

Eine Abänderung der in F i g. 4 gezeigten Einrichtung ist in F i g. 8 dargestellt. Die Abänderung ermöglicht die Erzeugung einer vergrößerten Ausgangspupille ausreichender Große, um ein biokulares Bild zu erzeugen. Identische Teile sind mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet. Licht von einem Gegenstand 114 verläuft durch eine Objektivlinse 116 und eine Projektionslinse 118 zu einem ebenen Spiegel 120, der Licht durch eine primäre Feldlinse 122 zu den mit dem Linsenraster versehenen Scheiben 42, 44 reflektiert. Licht wird von der Scheibe 44 zurück durch die Linse 122 und durch

eine sekundäre Feldlinse 48 zu dem Betrachter 50 reflektiert.

Es ist erforderlich, die zusätzliche Linse 122 zu verwenden, um die Vergrößerung der Feldlinse zu erhöhen, so daß sie seine normalen Anforderungen erfüllen kann, d. h. ein volles Sichtfeld beim Fehlen der mit Linsenraster versehenen Scheiben liefert. Licht trifft vorzugsweise so nahe wie möglich orthogonal zu den Scheibenoberflächen auf, um Verzerrung zu vermindern, und die geometrischen Beschränkungen dieser ; Ausfübrungsform sind derart, daß die Fcidlinse 48 nicht • ausreichend nahe an den Scheiben angeordnet werden -kann, um eine genügend kurze Brennweite zur Erfüllung /der Bedingungen der Feldlinsenanordnung zu haben. Daher wird die zusatzliche Linse 122 verwendet. Die . Vergrößerung ist effektiv verdoppelt, weil das Licht zweimal durch diese Linse bzw. Linsenanordnung verläuft.

Das Gerät in F i g. 8 unterhalb der Linie B-B kann durch die in F i g. 6 gezeigte Anordnung ersetzt werden, falls zwei vergrößerte Ausgangspupillen erforderlich sind. In einer anderen abgeänderten Ausführungsform können dadurch, daß das Gerät unterhalb der Linie durch die Bauteile 98, 100 und 102 der Fig.7 ersetzt wird, zwei stereoskopische vergrößerte Pupillen vorgesehen werden.

Anstatt flache Scheiben können bei Bedarf auch geringfügig gekrümmte Scheiben verwendet werden, 'die so angeordnet werden können, daß Feldkrüimmungseffekten entgegengewirkt wird. Außerdem ist es nicht wesentlich, daß die Brennebene genau mit der Beruhrungsebene der zwei mit Linsenraster versehenen Scheiben zusammenfallt, obgleich dies immer der bevorzugte Zustand ist.

Hierzu 4 BlaWZeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Vergrößerung der Austrittspupille bei einem optischen Gerät, insbesondere bei 5 einem Mikroskop, mit einem im Lichtweg zwischen Objekt und Auge des Beobachters angeordneten optischen Element, dessen Oberfläche viele, ein Linsenraster bildende linsenförmige Elemente aufweist und das in eine derartig schnelle Drehbewe- gung versetzbar ist, daß die Bewegung der linsenförmigen Elemente infolge der Trägheit des Auges nicht wahrnehmbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Element aus zwei Scheiben (16, 18) besteht, deren benachbarte ebenen Oberflächen sich berühren, daß jede der Berührungsflächen ein Linsenraster aus parallelen, zylindrischen Einzeiligen (22, 24) aufweist und die beiden Linsenraster orthogonal zueinander angeordnet sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Linsenraster jeweils aus abwechselnd aufeinanderfolgenden teilzylindrischen Rillen (24) und Vorsprüngen (22) gebildet sind,

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Scheiben (16,18) des optischen Elements kreisförmig und transparent ausgebildet sind.

4. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Scheibe des optischen Elements transparent ist und die andere eine reflektierende Oberfläche aufweist.