DE3117858A1 - Binokulares stereomikroskop - Google Patents
Binokulares stereomikroskopInfo
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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
130064/0848
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.
13006A/0848
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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Leerseite
Claims (3)
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
130064/08 4 8 Z/bu.
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·
1 30064/0848
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