DE3217776A1

DE3217776A1 - Stereomikroskop

Info

Publication number: DE3217776A1
Application number: DE19823217776
Authority: DE
Inventors: Franz Dipl.-Phys. 7923 Königsbronn Muchel; Fritz Dr. Dipl.-Phys. 7072 Heubach Strähle
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH; Carl Zeiss AG
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH; Carl Zeiss AG
Priority date: 1982-05-12
Filing date: 1982-05-12
Publication date: 1983-11-17
Also published as: JPS58203411A; GB2120402A; US4518231A; MX152710A; CH663284A5; CA1244685A; GB2120402B; GB8312684D0; DE3217776C2

Description

	-3-	1 P 957
5	FIRMA CARL ZEISS, 7920 HEIDENHEIM (BRENZ)	1 G 1120
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15	Stereomikroskop.
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35

Stereomikroskop

Die Erfindung betrifft ein Stereomikroskop mit parallel geführten Teilbüscheln hinter der Objektivbaugruppe.
5

Bei Stereomikroskopen sind zur Zeit zwei verschiedene Typen nebeneinander im Gebrauch, solche mit einem gemeinsamen Hauptobjektiv für beide stereoskopische Teilbüschel und solche mit getrennten Objektiven für die beiden Beobachtungskanäle (Greenough-Typ).

Während bei Stereomikroskopen der erstgenannten Art die Schärfenebenen für beide Beobachtungskanäle zusammenfallen, was auch bei hohen Vergrößerungen ein randscharfes Bild ergibt, bilden die Schärfenebenen bei Stereomikroskopen nach Greenough einen Winkel miteinander, was diesen

15Mikroskoptyp für die Beobachtung ausgedehnter, flacher Objekte ungeeignet macht. Dagegen besitzen Greenough-Mikroskope den Vorteil eines kostengünstigeren Aufbaus gegenüber einem Stereomikroskop mit gemeinsamem Hauptobjektiv.

Beide Mikroskoptypen besitzen noch eine Reihe weiterer Vor- und Nachteile gegen den jeweils anderen Typ. So tritt bei Mikroskopen der erstgenannten Art trotz weitgehender Farbkorrektion des Hauptobjektivs ein FarbqUerfehler in Richtung der Stereobasis auf, bedingt durch den nichtzentrischen Durchgang der beiden Teilbündel durch das Objektiv. Dieser Fehler, der bei Greenough-Stereomikroskopen prinzipiell nicht auftritt, verschlechtert merkbar das Auflösungsvermögen von Stereomikroskopen mit gemeinsamem Hauptobjektiv. Dagegen bietet die Adaption von Zusatzgeräten an Stereomikroskope vom Greenough-Typ Schwierigkeiten, da die optischen Achsen der beiden Stereokanäle im Normal falle gegeneinander geneigt sind.

Aus dem Deutschen Gebrauchsmuster 69 26 292 ist es bekannt, die gegeneinander geneigten Achsen eines Stereomikroskops vom Greenough-Typ mit Hilfe eines Paares von dispersiven Prismen parallel zu richten (Fig. 9). Allerdings sind für jeden Bildausgang weitere, gleichartige Prismenpaare nötig, die den durch das Ablenken eingeführten Farbfehler wieder beheben, so daß im Endeffekt die Achsen der Stereokanäle nur in einem klei-.

nen Bereich zwischen den Prismen parallel verlaufen.

In der US-PS 33 53 892 ist ein Stereomikroskop mit gemeinsamen Hauptobjektiv beschrieben, in dem der Farbquerfehler in Richtung der Stereoba-5sis durch ein ablenkendes Prismenpaar kompensiert wird, wodurch das Mikroskop gegeneinander geneigte Beobachtungskanäle erhält und damit einem Greenough-Mikroskop vergleichbar wird. Die Prismen bestehen aus den gleichen Gläsern wie das gemeinsame Hauptobjektiv. Sie müssen recht große Keilwinkel aufweisen, um die Prismenwirkung des nicht-zentrisch lOdurchsetzten Hauptobjektivs gerade zu kompensieren.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung Stereomikroskope zu schaffen, die hinter der Objektivbaugruppe parallel verlaufende.Stereoachsen besitzen, wobei Farbfehler in der Objektivbaugruppe auskorrigiert sind 15und insbesondere auch kein größerer Farbfehler in Richtung der Stereobasis auftritt.

Diese Aufgabe wird gemäß den Kennzeichen der Ansprüche 1 bzw. 6 gelöst.

20Die Lösung nach Anspruch 2 verwendet den an sich bekannten Aufbau eines Stereomikroskops mit gemeinsamen Hauptobjektiv, durch das die optischen Achsen der beiden stereoskopischen Teilbündel parallel gerichtet werden. Der dabei auftretende Farbfehler in Richtung der Stereobasis wird durch geradsichtige, dispersive Keilprismen kompensiert, die beispielsweise

25aus zwei dünnen, miteinander verkitteten Einzelprismen bestehen, deren Prismenwinkel sehr klein gehalten werden können. Sie betragen bei einem nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel 1°.

Es ist zweckmäßig jeweils Objektive unterschiedlicher Brennweite mit den 30dazu gehörenden Keilprismen in als Wechselteil ausgebildeten Baugruppen zusammenzufassen, da der zu kompensierende Farbfehler von der Brennweite der verwendeten Objektive abhängt.

Bei der Lösung nach Anspruch 1 ist der an sich bekannte Aufbau eines 35Stereomikroskops nach Greenough gewählt, dessen Achsen durch achromatische bzw. apochromatische Keilprismen hinter dem Objektivpaar parallel gerichtet werden. Die Prismen werden vorzugsweise als Kittglied zweier

Teilprismen aus Gläsern mit anomaler Dispersion gebildet, beispielsweise den im Glaskatalog der Firma Schott & Gen., Mainz aufgeführten Gläsern FK 51 und KZFSN 4.

5Bei dieser Lösung können für alle Objektive die gleichen Prismen verwendet werden. Dennoch ist es zweckmäßig die Prismen mit den Objektiven zu einer gemeinsamen, als Wechselteil ausgebildeten Baugruppe, zusammenzufassen. Denn wenn dafür gesorgt ist, daß die Objektivbaugruppen diesen ■^; Typs (Greenough) in ihren wesentlichen Daten wie Schnittweite, Bündel— 10querschnitt, Seperation der Teilbüschel, mechanische Anschlußmaße etc. mit den Objektivbaugruppen des erstgenannten Typs übereinstimmen, dann ist es möglich, Baugruppen beiden Typs an ein und demselben Mikroskopgrundkörper zu betreiben.

15Damit ergibt sich für den Hersteller die Möglichkeit einer weitgehenden Standardisierung seines Geräteprogramms, während der Benutzer weiterhin zwischen zwei verschiedenen Mikroskoptypen wählen kann, die sich im Preis und in der Leistungsfähigkeit voneinander unterscheiden.

20Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung der zur Erläuterung beigefügten Zeichnungen:

Fig. 1 skizziert den Strahlengang in einem Stereomikroskop mit parallel geführten Teilbüscheln;

Fig. 2 ist ein Schnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel der Objektivgruppe 2 aus Fig. 1;

Fig. 3 ist ein Schnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel der Objekivbaugruppe 2 aus Fig. 1; ·

Fig. 4 skizziert den Verlauf der chromatischen Winkeldispersion in Richtung der Stereobasis für das Objektiv aus Fig. 2;

35Fig. 5 skizziert den Verlauf der chromatischen Winkeldispersion in Richtung der Stereobasis für das Objektiv aus Fig. 3;

Fig. 6 zeigt den Linsenschnitt eines für das Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 gerechneten Objektivs.

Das in Fig. 1 skizzierte Stereomikroskop besteht aus einem Grundkörper 5l, in dem die zur Führung der beiden parallel verlaufenden stereoskopischen Strahlengänge nötige Optik angeordnet ist. Der Grundkörper 1 trägt an seinem objektseitigen Ende die Objektivbaugruppe 2 - hier nicht näher ausgeführt -, die die Teilbündel 4 und 5 des stereoskopischen Strahlenganges konvergent auf die Oberfläche des Objektes 3 richtet.

Die Optik des Grundkörpers 1, die der Einfachheithalber nur für eine der beiden symmetrischen Strahlengänge mit Bezugszeichen versehen ist, umfaßt ein Zoomsystem 6 bestehend aus verschiebbaren Linsengliedern 7, . Strahlteilerprismen 8 zur Ankopplung von Zusatzgeräten, eine Tubuslinse zur Erzeugung des Zwischenbildes 11 vor den Okularen 12 sowie eine Spiegeltreppe 10 zur Anpassung an den Augenabstand des Beobachters.

Die Objektivbaugruppe 2 ist auswechselbar ausgebildet. Sie enthält, wie Fig. 2 zeigt, in einem ersten Ausführungsbeispiel zwei gegeneinander

20geneigte, achromatische Einzelobjektive 13' und 13" sowie ein aus zwei Teilen 14 und 15 zusammengesetztes, achromatisches Keilprismenpaar, das die Achsen der nach Art eines Stereomikroskops vom Greenough-Typ im Winkel von etwa 6° gegen die optische Achse geneigten Objektive 13', 13" unter Vermeidung von Farbfehlern parallel richtet.

Die Daten der Prismen 14 und 15 sind in der nachfolgenden Tabelle I angegeben:

Tabelle I
30

Prisma Winkel Glas Brechzahlen

n_e n_c, n_F, n_g

14 sinji,, =0,400 FK51 1,48794 1,48508 1,49088 1,49365

15 sinc6₂ = 0,161 KZFSN4 1,61669 1,60990 1,62390 1,63085 35

In Fig. 4 ist der durch die Prismen 14/15 bewirkte Abblenkwinkel sin O in Abhängigkeit von der Wellenlänge Adargestellt. Infolge der anomalen

«β » a- * · t *> M H to+*«· «0

Dispersion der verwendeten Gläser ergibt sich selbst für die gewählte Form eines Kittgliedes aus nur zwei Einzelprismen eine Farbaufspaltung /\> sin (f_e-a ^von 6"10 , was bei Verwendung eines Objektivs mit der Brennweite f = 100 mm zu einem Farbquer fehler Δ. χ = 6"10 mm im Objekt 5führt. Dieser Wert liegt unterhalb der Auflösungsgrenze eines solchen Objektivs und ist zu vernachlässigen.

In Fig. 3 ist e.ine zweite Ausführungsform für die Objektivbaugruppe 2 dargestellt. Hier sind in einer Wechselfassung 2b ein von beiden Stereo-10kanälen durchsetztes, gemeinsames, achromatisches Hauptobjektiv 16 sowie ein Paar aus Komponenten 17' und 18' bzw. 17" und 18" zusammengekittete Korrekturprismen gefaßt.

Die Ablenkung der Achsen der beiden Teilbüschel erfolgt hier durch das 150bjektiv 16. Die Prismen 17/18 dienen lediglich zur Korrektion des infolge exzentrischen Durchganges durch das Objektiv 16 verursachten Farbfehlers in Richtung oer Stereobasis. Die Prismen sind als dünne Blättchen ausgeführt und besitzen relativ kleine Keilwinkel.

20Die in Fig. 2 und 3 gezeigten Objektivbaugruppen 2a und 2b unterschiedlichen Typs stimmen in ihren wesentlichen Daten wie Ausgangsschnittweite, Bühdelquerschnitt, Separation der beiden Teilbüschel, chromatischer Korrekturzustand und in ihren mechanischen Anschlußmaßen soweit überein, daß sie gegeneinander austauschbar am gleichen Mikroskoptubus

25benutzt werden können. Baugruppen des in Fig. 3 abgebildeten Typs sind wegen des großen Durchmessers des gemeinsamen hauptobjektivs und wegen der Notwendigkeit, für Objektive unterschiedlicher Brennweite auch verschiedene, jeweils angepaßte Korrekturprismensätze fertigen zu müssen, etwas aufwendiger in der Herstellung: Dafür liegen ober die Schärfen-

30ebenen beider Stereokanäle in einer Ebene, was sich besonders vorteilhaft bei der Beobachtung ausgedehnter, ebener Objekte unter hoher'Vergrößerung bemerkbar macht.

In Fig. 6 ist der Linsenschnitt für ein konkretes Ausführungsbeispiel 35eines gemeinsamen Hauptobjektivs mit der Brennweite f = 100 mm dargestellt. Das Objektiv besteht von der Bildseite her gesehen aus einer konkav-konvexen Sammellinse L-j, einer bikonvexen Sammellinse Lo und

*ϊ * fr 4 *

einem scrrnelnden. Kittglied rnit den beiden Komponenten Lg und L^, wobei

L3 eine bikonvexe Sammellinse und ist.

eine konkav-plane Zerstreuungslinse

¹Es besitzt die in der nachstehenden Tabelle II für die Radien r, die
Luftabstände zwischen den Linsen a, die Linsendicken d und die Brechzahlen n^ und Abbezahlen Vj der verwendeten Gläser angegebenen Daten:

Tabelle II

a^/mm

d^/rnm

ⁿd

1 - 30.5 0,2 Π - 38.1

2 538.6 0,2

12 - 109.0

3 124.1

13 - 84.7

4 OO

15 1,61772 49,77
6,7 1,58913 61,27
9,7 1,58599 61,04.

4,0 1,76180 26,95
20Die objektseitige Schnittweite s' beträgt 108,7 mm.

Die in Verbindung mit diesem Objektiv benutzten korrigierenden Keilprismen sind ebenso wie in Fig. 3 dargestellt als Kittglied aus zwei Einzelprismen zusammengesetzt und bildseitig hinter dem Objektiv angeordnet.
Der Abstand zwischen dem Objektiv und den Prismen ist dabei unkritisch, da das Objektiv eine unendliche Ausgangsschnittweite besitzt und demzufolge hinter dem Objektiv paralleler Strahlengang vorliegt.

Die Daten der Keilwinkel und Gläser für diese Prismen gibt die folgende 30Tabelle III wieder:

Tabelle III

Prisma

Winkel

Glas

Brechzahlen

Πι-'

η.

17
18

sinß-, = 0,01303 SK5 sinß_? = 0.01513 SFN64

■e -¹C ⁿF' "g

1,59142 1,58666 1,59635 1,60100

1,71135 1,70014 1,72380 1,73637

Die Gläser für diese Prismen besitzen ein normales Dispersionsverhalten, da durch Wahl eines Glases mit anomaler Dispersion (LgSK2) für die Linse l_3 in dem in Fig. 6 gezeigten Objektiv bereits korrigierend auf das sekundäre Spektrum eingewirkt wird. Es ist allerdings auch möglich für 5die besagte Linse Lg ein "Normalglas", beispielsweise das für die Linse L2 verwendete SK5 zu wählen und dann für die Prismen Gläser mit anomalerDispersion vorzusehen.

In Fig. 5 ist die durch das Objektiv aus Fig. 6 verursachte, wellenlän-10genabhängige Differenz ^ des Ablenkwinkels sin (f dargestellt. Der Graph A gibt die Verhältnisse ohne die Keilprismen und der Graph B die Verhältnisse incl. der kompensatorischen Wirkung der Prismen 17/18 wieder. Es ist zu erkennen, daß die selbst unter Verwendung eines gut korrigierten Objektivs vorliegende, chromatische Winkeldifferenz Λ sintf = 1536'10 in Richtung der Stereobasis mit Hilfe der Prismen auf einen Wert von ^ sin^p^lO*10 verkleinert worden ist.

Da das Objektiv eine Brennweite f=100 mm besitzt, resultiert dies in einem Farbquerfehler im Objekt von 1*10 mm, was etwa der Auflösungs-20grenze des Objektivs entspricht.

Claims

Patentansprüche:

1. Stereomikroskop mit parallel geführten Teilbüscheln hinter der Objektivbaugruppe (2), dadurch gekennzeichnet, daß in bekannter Weise zwei gegeneinander geneigte Teilobjektive (13',13" ) verwendet sind und ein Paar achromatischer, ablenkender Keilprismen (14',15'; 14", 15") vorgesehen sind zur Kompensation des Neigungswinkels der Objektive (13).

2. Stereomikroskop mit parallel geführten Teilbüscheln hinter der Objektivbaugruppe (2), dadurch gekennzeichnet, daß in bekannter Weise ein

gemeinsames Hauptobjektiv (16) für beide Teilbüschel verwendet ist und ein Paar geradsichtige, dispersive Keilprismen (17',18';17",18") vorgesehen sind zur Korrektion des Farbquerfehlers in Richtung der Stereobasis.
15

3. Stereomikroskop nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils das Objektiv (16) bzw. die Objektive (13) mit dem Prismenpaar (17, 18;14, 15) zu .einer als Wechselteil ausgebildeten Baugruppe (2b;2a) zusammengesetzt sind.

4. Stereomikroskop nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Baugruppen vorgesehen sind, die sich in der Brennweite der verwendeten Objektive unterscheiden.

255. Stereomikroskop nach Anspruch 2-3 und 7-8, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl Baugruppen mit Hauptobjektiv (16) als auch Baugruppen mit zwei gegeneinander geneigten Objektiven (13) vorgesehen sind und in ihren Daten (Schnittweite, Bündelquerschnitt, Separation der Teilbüschel, Anschlußmaße) soweit übereinstimmen, daß Baugruppen (2a,2b) beiden Typs gegeneinander auswechselbar sind.

6. Stereomikroskop nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Baugruppen (2b) des Typs mit gemeinsamem Hauptobjektiv an die Brennweite des verwendeten Objektivs (16) angepaßte Prismenpaare (17,18) enthalten, die sich in ihrem Dispersionsverhalten unterscheiden.

» it «J

7. Stereomikroskop nach Anspruch 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Prismen aus zwei Komponenten (17,18;14,15) zusammengesetzt sind.

8. Stereomikroskop nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die

Prismen (14,15) unter Verwendung von Gläsern mit anomaler Dispersion aufgebaut sind.

9. Stereomikroskop nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Hauptobjektiv aus zwei Sammellinsen (L^L^) und einem sammelnden Kittglied (L₃,L₄) besteht.

10. Stereomikroskop nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß für die Radien rj, die Abstände a, die Dicken d^, die Abbezahlen "l^j und die Brechzahlen rij der Linsen (Li-L₄) die Daten der nachstehenden Tabelle gewählt sind:

i rj/mm a^/mm d^/rnm nj ^

1 - 30.5 0,2 15 1,61772 49,77

11 - 38.1

2 538.6 0,2 6,7 1,58913 61,27

12 - 109.0

3 124.1 9,7 1,58599 61,04

13 . - 84.7

4 <*> 4,0 1,76180 26,95 25

f = 100 mm s' = 108,7mm