DE3117858A1 - Binokulares stereomikroskop - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE ZENZ & HELBER · D 4300 ESSEN 1 · AM RUHRSTEIN 1 · TEL.: (02O1) 4126

seit« · _ jfT^ 0

OLYMPUS OPTICAL CO., LTD. Hatagaya 2-43-2, Shibuya-ku, Tokyo-to, Japan

Binokulares Stereomikroskop

Die Erfindung bezieht sich auf ein binokulares Stereo·¹· mikroskop gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Allgemein werden die optischen Achsen von Objektiven eines Stereomikroskops vertikal gestellt. Wenn Porroprismen und Okulare auf diesen optischen Achsen der Objektive angeordnet werden, ist es möglich, stereoskopische Betrachtungen mit einem aufrechtstehenden Bild auszuführen. In diesem Falle werden jedoch die Okulare vertikal angeordnet, und dies ist für die Betrachtung unzweckmäßig. Daher werden die optischen Achsen zur Erleichterung der Betrachtung in der weiter unten beschriebenen Weise umgelenkt. In der folgenden Beschreibung wird auf eines der rechten und linken optischen Systeme Bezug genommen, die zusammen das binokulare Stereomikroskop bilden. Wie in Fig. 1 gezeigt ist, wird : die optische Achse O^ des Objektivs 1 von einem Umlenk-

prisma 2 umgelenkt, und ein Porroprisma 3 und ein

Okular 4 sind auf der nach Umlenkung geneigten optischen J Achse Op angeordnet. Wie oben gesagt, benötigen her

kömmliche Stereomikroskope zwei Arten von Prismen, nämlich eines zum Umlenken der optischen Achse und das

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andere in der Ausbildung als Porroprisma, und dies ist unwirtschaftlich. Außerdem wird bei Verwendung einer relativ großen Prismenanzahl das Mikroskop, selbst groß und schwer.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die gewünschte Bildstellung bei einem Stereomikroskop mit einer geringeren Anzahl von optischen Elementen zu erreichen und damit eine kompaktere Bauweise des Stereomikroskops zu ermöglichen.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind erfindungsgemäß die Merkmale des Kennzeichnungsteils des Anspruchs 1 vorgesehen. Bei dem erfindungsgemäßen binokularen Stereomikroskop sind nur vier Reflexionselemente zwischen dem Objektiv und dem Okular in jedem der' rechten und linken optischen Systeme vorgesehen, und diese vier reflektierenden Elemente dienen sowohl zum Aufrichten des Bildes als auch zum Umlenken der optischen Achse.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein Beispiel eines optischen Systems eines bekannten binokularen Stereomikroskops;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines Porroprismas, wie es in einem binokularen Stereomikroskop Verwendung findet;

Fig. 3 eine Draufsicht in Richtung des Pfeils III auf das Porroprisma gemäß Fig. 2;

Fig. 4 ein optisches System mit einem modifizierten Porroprisma in einem Mikroskop;

Fig. 5 die rechten und linken Blickfelder eines binokularen Mikroskops, das mit dem in Fig. 4 gezeigten optischen System ausgestattet ist;

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Fig· 6 die Anordnung reflektierender Flächen des in dem binokularen Stereomikroskop nach der Erfindung verwendeten Porroprismas; und

Fig. 7 den Rotationszustand der in Fig. 6 gezeigten Porroprismen zum Zeitpunkt der Einstellung des Pupillenabstands.

Im folgenden wird die genaue Ausbildung des binokularen Stereomikroskops nach der Erfindung beschrieben.

Obwohl es verschiedene Formen von Porroprismen gibt, werden weitgehend Porroprismen der in Fig. 2 gezeigten Ausbildung in Stereomikroskopen verwendet. Bei dem Porroprisma gemäß Fig. 2 sind drei Dachkantprismen, ein großes Prisma 12 und zwei kleinere Prismen 11 und 13 in der dargestellten Weise miteinander verkittet. Der in das Porroprisma durch die Fläche 11a eintretende Strahl vird von den Flächen 11b, 12a, 12b und 13b reflektiert und tritt durch die Fläche 13a aus. Wenn dieses Porroprisma in einer optischen Bahn angeordnet ist, so wird die optische Achse in der in Fig. 2 dargestellten Weise von 0_? nach O₃ parallelverschoben, und das Bild wird sowohl in der horizontalen als auch in der vertikalen Richtung umgekehrt. Das Porroprisma gemäß Fig. ist in Draufsicht in Richtung des Pfeils III in Fig. 3 gezeigt.

Nachfolgend wird auf die Art der Umlenkung der optischen Achse unter Verwendung dieser Ausführung des Porroprismas Bezug genommen. Der einfachste Weg ist in Fig. gezeigt. Dabei ist von den drei Dachkantprismen 11, und 13 das Prisma 13 um einen vorgegebenen Winkel θ geneigt. Als Folge davon ist auch die vom Porroprisma abgehende optische Achse O₃ um den Winkel θ bezüglich der Vertikalrichtung geneigt. Daher ist es möglich, das Rohr als geneigtes Rohr anzuordnen, ohne das beim herkömmlichen optischen System gemäß Fig. 1 verwendete

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Umlenkprisma 2 zu benutzen·

Bei diesem Verfahren wird jedoch der auf die Oberfläche 13b auffallende Strahl bezüglich der zur Fläche 13b vertikal verlaufenden Ebene geneigt und wird von der Oberfläche 13b reflektiert. Daher dreht sich das Bild im Blickfeld, so daß die rechten und linken Bilder des Stereomikroskops nicht zusammenfallen. Mit anderen Worten, die Bilder erhalten die durch die durchgezogenen Pfeile in Fig. 5 gezeigten Richtungen, obwohl sie die durch die unterbrochenen Pfeile dargestellten Richtungen haben sollten.

Erfindungsgemäß ist das Prisma 12 gegenüber der zur optischen Achse O^ des Objektivs vertikalen Ebene um einen Winkel to.. .(Fig. 6) geneigt angeordnet, um die Neigung der Bilder gemäß Fig. 5 zu korrigieren. Wenn das Prisma 12 in der oben beschriebenen Weise geneigt angeordnet ist, fällt der in das Prisma 11 eintretende und von der Fläche 11b reflektierte Strahl derart auf die Fläche 12b des Prismas 12, daß er mit Bezug auf die zur Fläche 12b vertikale Ebene geneigt ist und danach von der Fläche 12b reflektiert wird. Auf diese Weise ist das Bild geneigt. Der von der Fläche 12b reflektierte Strahl fällt unter einem solchen Winkel auf die Fläche 13b des Prismas 13, daß er in bezug auf die zur Fläche 13b vertikal verlaufende Ebene geneigt ist und von dieser reflektiert wird. Als Folge davon ist auch hier das Bild geneigt. Wenn die Anordnung daher so getroffen ist, daß der Neigungswinkel des von der Fläche 12b reflektierten Bildes gleich dem Neigungswinkel des von der Fläche 13b entworfenen Bildes ist und die Neigungsrichtungen einander entgegengesetzt sind, so liegen die Bilder in den rechten und linken Blickfeldern schließlich parallel zueinander. Daher fallen die rechten und linken Bilder zusammen, und es ist eine gute Beobachtungsmöglichkeit geschaffen.

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Bei dem Stereomikroskop ist es notwendig, den Abstand zwischen den rechten und linken Okularrohren dem Pupillenabstand des Betrachters anzupassen· Zu diesem Zweck wird die anhand von Figuren 7A und 7B gezeigte Methode allgemein verwendet. Das linke Porroprisma 11, 12, 13 und das rechte Porroprisma 11', 12', 13' werden aus den in Fig. 7A gezeigten Stellungen in die in Fig. 7B gezeigten Stellungen gedreht, wobei die optische Achse 0_? des linken Objektivs bzw. die optische Achse 0~· des rechten Objektivs als Drehachsen verwendet werden. Auf diese Weise ändert sich der Abstand zwischen den optischen Achsen O₃ und O₃ ¹, und es ist möglich, dadurch den Abstand zwischen den rechten und linken Okularrohren einzustellen.

Wenn ein optisches System vorgesehen wird, das den Strahl aus dem Objektiv unter Verwendung des zuvor anhand von Fig. 6 beschriebenen Porroprismas in das Okular lenkt, und das System des Porroprismas als lineares Transformationssystem (Kongruenztransformationssystem) behandelt wird, so läßt sich die Bedingung, bei der die rechten und linken Bilder zusammenfallen, durch die folgenden Formeln ausdrucken:

sinßcosw - cosßtan(ß - V) - tanWLsinui= 0 ..... (1) hierin sind:

ß: Drehwinkel des Porroprismas für die Einstellung des Pupillenabstands

Innenwinkel (Winkel zwischen den optischen Achsen der rechten und linken Objektive) des binokularen Stereomikroskops.

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Wenn ß, JJund ω vorgegeben sind, so ist ■? und damit auch oju und ω bestimmt. Daraus ergibt sich die Form des ßbrroprlsmas. Wenn das Porroprisma mit Cd^ und twL nach der oben angegebenen Formel (1) bestimmt ist, ist es möglich, ein geneigtes Rohr ohne Verwendung des Prismas 2 zur Neigung der optischen Achse zu bilden, und es ist auch möglich, die rechten und linken Bilder genau koinzident zu machen.

Wenn CJL und ο in der oben beschriebenen Weise festgelegt sind, ergibt sich auch ein genauer Wert für ß, der die obengenannte Gleichung (1) genau erfüllt. Da β der Drehwinkel für die Pupillenabstandseinstellung ist, ändert er sich bei jedem Beobachter. Bei Wechsel des Beobachters wird auch der Wert ß anders, so daß die rechten und linken Bilder verschoben werden und eine geringe Bilddiskrepanz auftritt. Da jedoch die geringe Bilddiskrepanz durch die Adaptionseigenschaften der Augen kompensiert wird, erscheinen die rechten und linken Bilder koinzident, so daß das Mikroskop ohne Verstellung innerhalb eines gewissen Bereichs, der von den Augen kompensiert wird, verwendet werden kann. Zu diesem Zweck wird der Abstand vom Schnittpunkt P der optischen Achsen O^ und 0„ (Fig. 6) zuS jedem Augenpunkt angemessen groß gemacht, damit die Änderung von ß klein bleibt, wenn die Pupillenabstandseinstellung von dem minimalen Pupillenabstand zum maximalen Pupillenabstand durchgeführt wird.

Wenn beispielsweise die Werte von CJ und V wie folgt gewählt werden, ω « 35° und'ί = 2°42·, und der Einstellbereich des Pupillenabstands 18« < |ß| < 7°39', so kann der Neigungswinkel der rechten und linken Bilder l°30· oder kleiner gemacht werden. Wenn die Bildneigung in diesem Bereich liegt, ist es möglich, die Bilddiskrepanz durch die Adaptionsfunktionen der Augen zu kompensieren.

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Vorstehend wurde die Erfindung bei Verwendung eines Porroprismas beschrieben. Es ist jedoch auch möglich, ein optisches Element mit ähnlichen Funktionen wie das Porroprisma durch geeignete Kombination von Reflexionsflächen aufzubauen. In diesem Falle ist es nicht erforderlich, jene Reflexionsflächen festzulegen, wie im Falle der Verkittung der Prismen. Es ist daher möglich, den Wert von Ψ so einzustellen, daß er die obengenannte Formel erfUllt, wenn β zur Pupillenabstandseinstellung geändert wird· Mit anderen Worten, es ist möglich, die relativen Positionen der den Flächen 11b, 12a, 12b und 13b des Porroprismas entsprechenden Reflexionsflächen bei Änderung von ß zu variieren. Bei einem solchen AusfUhrungsbeispiel können die rechten und linken Bilder in ,genaue gegenseitige Ausrichtung gebracht werden.'

Bei dem beschriebenen Stereomikroskop ist es durch Anordnung eines Porroprismas oder von dem Porroprisma entsprechenden Reflexionsflächen zwischen Objektiv und Okular möglich, die optische Achse des Okulars zu neigen und ein Bild aufzurichten.

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Claims (3)

PATENTANWÄLTE 2ENZ & HELBER · D 4300 ESSEN 1 · AM RUHRSTEIN 1 ■ TEL.: (02 01) 4126B7 Seite -ZtT- 0 OLYMPUS OPTICAL CO., LTD. Ansprüche tsssssssssssesi

1. Binokulares Stereomikroskop mit je einem rechten und linken Objektiv, je einem rechten und linken Okular, jeweils im Strahlengang zwischen dem Objektiv und dem Okular angeordneten ersten, zweiten, dritten und vierten Reflexionsflächen, wobei die in jedem Strahlengang vom Objekt ausgehenden Strahlen durch das Objektiv laufen, in der Reihenfolge von den ersten, zweiten, dritten und vierten Reflexionsflächen reflektiert werden und als Bild durch das Okular beobachtet werden können, dadurch gekennzeichnet , daß die vier Reflexionsflächen (11b, 12a, 12b, 13b) so angeordnet sind, daß sie die folgende Beziehung erfüllen:

sinßcoscü - cosßtan(ß - V) - tan«6sinu = 0

wobei Ui, den Winkel zwischen der zur optischen Achse (Op) des Objektivs (1) vertikal verlaufenden Ebene und der Ebene der optischen Achse der an der zweiten Reflexionsfläche(12a) reflektierten und zur dritten Reflexionsfläche (12b) gerichteten Strahlen darstellt, W₃ den Winkel zwischen der zur optischen Achse der an der zweiten Reflexionsfläche reflektierten und auf die dritte Reflexionsfläche gerichteten Strahlen vertikal verlaufenden Ebene und der Ebene der optischen Achse (0~) des Okulars (4) darstellt, ß den Drehwinkel der Reflexionsflächen bei der Einstellung des Pupillenabstandes zwischen

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den rechten und linken Okularen darstellt, 2#t den Innenwinkel zwischen den rechten und linken Objektiven darstellt und ω = W^ + &>₂ sowie "<J = CO₁ -^ω ₂'

2. Binokulares Stereomikroskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß drei Prismen (11, 12, 13) zur Bildung der ersten, zweiten, dritten und vierten Reflexionsflächen (11b, 12a, 12b und 13b) vorgesehen sind, wobei an einem Prisma (11) die erste Reflexionsfläche (lib), an einem zweiten Prisma (12) die zweiten und dritten Reflexionsflächen (12a, 12b) und an dem dritten Prisma (13) die vierte Reflexionsfläche (13b) gebildet sind.

3. Binokulares Stereomikroskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Reflexionsfläche (lib) und die vierte Reflexionsfläche (13b) zur Änderung des Werts von ^,bei Änderung des Winkels ß beweglich angeordnet sind·

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