DE9406767U1 - Optisches System variabler Schnittweite - Google Patents

Description

Beschreibung: 9402 3 G

Optisches System variabler Schnittweite

Die vorliegende Erfindung betrifft ein optisches System variabler Schnittweite, das insbesondere für Operationsmikroskope geeignet ist. Hierbei ist ein einzelnes Hauptobjektiv fester Schnitt- und Brennweite vorgesehen, dem zwei Linsengruppen in den beiden stereoskopischen Beobachtungsstrahlengängen nachgeordnet sind. Mindestens eine dieser beiden Linsengruppen ist zur definierten Einstellung der Schnittweite des gesamten optischen Systems entlang der optischen Achse des jeweiligen stereoskopischen Beobachtungsstrahlenganges verschiebbar angeordnet. Ferner ist das verschiebbare Element gleichzeitig synchronisiert senkrecht zur optischen Achse beweglich angeordnet.

Ein derartiges optisches System kommt beispielsweise in Operationsmikroskopen zum Einsatz, die neben dem Hauptbeobachter-Tubus einen zweiten Mitbeobachter-Tubus besitzen, wie z.B. in der noch nicht offengelegten Deutschen Patentanmeldung P 43 31 635.2 der Anmelderin beschrieben. Wird für den Mitbeobachter eine vom Hauptbeobachter unabhängige Fokussierungsmöglichkeit gefordert, so kann das prinzipiell durch Verschieben einer Linsengruppe im Mitbeobachtertubus erfolgen. Wird im Mitbeobachter-Tubus gemäß der P 43 31 635.2 die Fokussierung für den Mitbeobachter durch Verschieben eines der optischen Elemente der beiden vorgesehenen Linsengruppen vorgenommen, so resultiert bei stereoskopischer Betrachtung jedoch ein seitliches Auswandern der Zwischenbilder in der Zwischenbildebene, wenn keine anderweitigen korrigierenden Maßnahmen ergriffen werden.

Liegt die vom Mitbeobachter betrachtete Sehfeld-Ebene oberhalb der Fokusebene des Hauptoperateurs, so bewegen sich die betrachteten Zwischenbilder nach innen aufeinander zu, was dann eine konvergente Augenstellung des Mitbeobachters erfordert. Bei vom Mitbeobachter betrachteten Ebenen unterhalb der

Hauptbeobachter-Fokusebene, wandern die Zwischenbilder nach außen, d.h. voneinander weg, und es ergibt sich eine erforderliche divergente Augenstellung für den Mitbeobachter.

Eine Möglichkeit zur Lösung dieses Problems ist nunmehr beispielsweise in der Deutschen Patentschrift DE 40 12 552 dargestellt, wo synchron zur Fokussierung drehbare Drehkeilpaare in den stereoskopischen Teilstrahlengängen vorgesehen werden, um das Auswandern von Zwischenbildern in den stereoskopischen Teilstrahlengängen zu kompensieren.

Desweiteren ist aus der DE 32 02 075 der Anmelderin bekannt, im gattungsgemäßen optischen System die erste Linsengruppe, die dem Hauptobjektiv nachgeordnet wird, senkrecht zur optischen Achse zu versetzen, um durch die mit der Fokussierung synchronisierte Lateralbewegung den resultierenden Zwischenbild-Versatz zu kompensieren.

Eine weitere Lösung für das oben aufgezeigte Problem wird nunmehr durch die vorliegende Erfindung gemäß Anspruch 1 vorgeschlagen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den Unteransprüchen.

Die erfindungsgemäße Lösung des erwähnten Problems gestattet nunmehr auch bei der erfolgenden Fokussierung mittels einer der beiden Linsengruppen im optischen System stets eine einwandfreie stereoskopische Betrachtung des Objektes.

Weitere Vorteile sowie Einzelheiten des erfindungsgemäßen optischen Systems ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beiliegenden Figuren.

Dabei zeigt

Figur 1 eine schematisierte Darstellung eines Operationsmikroskopes in einer Seitenansicht, bei dem das erfindungsgemäße optische System im Mitbeobachtertubus angeordnet ist;

Figur 2 eine schematisierte Darstellung mit den einzelnen Elementen des erfindungsgemäßen optischen Systems inklusive der Strahlengänge in zwei verschiedenen Fokussier-Stellungen;

Figur 3 den mechanisch-konstruktiven Aufbau einer vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer schematisierten, perspektivischen Darstellung.

Figur 1 zeigt eine schematisierte Darstellung eines Operationsmikroskopes mit optisch-mechanisch gekoppelten Beobachtertuben in einer Seitenansicht. In den stereoskopischen Beobachtungsstrahlengängen des Mitbeobachtertubus (1) ist dabei das erfindungsgemäße optische System angeordnet. Der prinzipielle Aufbau des dargestellten Operationsmikroskopes entspricht im wesentlichen dem Aufbau des Operationsmikroskopes aus der bereits zitierten Patentanmeldung P 43 31 635.2 der Anmelderin.

Die vom Objekt kommenden und ein gemeinsames Hauptobjektiv (3) durchsetzenden stereoskopischen Beobachtungsstrahlengänge von Haupt- und Mitbeobachter werden durch ein Prisma (4) in Richtung der Beobachtungstuben (2, 1) von Haupt- und Mitbeobachter umgelenkt bzw. aufgeteilt. Zwischen den Okulartuben (1.1, 2.1) von Haupt- und Mitbeobachter-Beobachtungstubus (1, 2) und dem Prisma (4) ist jeweils eine Vergrößerungswechsel-Einrichtung (2.2, 1.2) angeordnet, die wahlweise unabhängig einstellbare Vergrößerungen für den Haupt- und Mitbeobachter bietet. Die beiden Okulartuben (1.1, 2.1) können desweiteren drehbar gelagert angeordnet sein.

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Das erfindungsgemäße optische System besteht aus dem Hauptobjektiv (3) mit fester Brennweite und den zwei, im Mitbeobachtertubus (1) angeordneten Linsengruppen (5a, 6a). Von den beiden stereoskopischen Beobachtungsstrahlengängen im Mitbeobachtertubus (1) ist in der Darstellung von Fig. 1 lediglich ein stereoskopischer Beobachtungsstrahlengang sichtbar.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel gehört neben dem Hauptobjektiv (3) fester Brennweite ausgehend vom Prisma (4) ein erstes sammelndes optisches Element ..(5a) in Form eines Kittgliedes sowie ein zweites sammelndes optisches Element (6a), ebenfalls ausgeführt als Kittglied, zum erfindungsgemäßen optischen System. Die Kittglieder sind dabei als Achromate ausgeführt, die separat für sich jeweils farbkorrigiert wurden. Während in der zitierten DE 32 02 075 der Anmelderin ein Korrektur des gesamten optischen Systemes erfolgte, wird im Gegensatz hierzu nunmehr jedes einzelne optische Element (6a) für sich in bekannter Weise für die verschiedenen Abbildungsfehler korrigiert. Dadurch wird gewährleistet, daß sich insbesondere beim erfolgenden Dezentrieren der jeweiligen optischen Elemente zur Fokussierung die Bildqualität für den Beobachter nicht verschlechtert.

Die Fokussierung durch den Mitbeobachter erfolgt im dargestellten Ausführungsbeispiel durch Verschieben der zweiten Linsengruppe (6a) entlang der optischen Achse des jeweiligen stereoskopischen Beobachtungsstrahlenganges. Die beiden Linsengruppen in den stereoskopischen Teilstrahlengängen werden dabei selbstverständlich synchronisiert miteinander verschoben.

Prinzipiell kann eine Fokussierung alternativ auch durch eine definierte Verschiebung der ersten Linsengruppe (5a) realisiert werden.

Die erste Linsengruppe (5a) des erfindungsgemäßen optischen Systems im Mitbeobachter-Beobachtungstubus (1) liefert jeweils ein Zwischenbild in den beiden stereoskopischen Beobachtungs-

Strahlengängen. Dabei wird nur die Soll-Fokusebene (20) des Hauptobjektives (3) in die Zwischenbildebene (7) abgebildet. Ebenen unter- oder oberhalb der Soll-Fokusebene (20) des Hauptobjektives (3) werden hingegegen vor oder hinter der Zwischenbildebene (7) mit dem entsprechenden Lateralversatz abgebildet.

Beim Fokussieren auf die Zwischenbildebene (7) durch Verschieben der zweiten Linsengruppe (6a) wird der bereits oben beschriebene Lateral-Versatz der Zwischenbilder durch ein mit der axialen Verschiebebewegung synchronisiertes laterales Versetzen der zweiten Linsengruppe (6a) kompensiert. Eine vorteilhafte Ausführungsform einer geeigneten Verschiebe-Einrichtung wird anhand von Fig. 3 beschrieben.

Im Mitbeobachter-Beobachtungstubus (1) ist desweiteren ein schematisch dargestelltes - Umlenkelement (8) angeordnet, das die vom Objekt kommenden Strahlen in die Richtung der Okulartuben (1.1) umlenkt. Hierfür kommt vorteilhafterweise ein Pentaprisma mit Dachkante in Frage.

Ferner umfaßt das Operationsmikroskop eine Beleuchtungseinrichtung (9) mit Lichtquelle, optischen Elementen und geeigneten Umlenkelementen, die in Fig. 1 jeweils lediglich schematisiert angedeutet sind.

In Figur 2 ist das erfindungsgemäße optische System mit den optischen Komponenten und den Strahlengängen in zwei verschiedenen Fokussierstellungen dargestellt, wobei für die gleichen Komponenten wie in Fig. 1 identische Bezugszeichen verwendet werden.

Das erfindungsgemäße optische System umfaßt das von beiden stereoskopischen Teil-Strahlengängen gemeinsame genutzte Hauptobjektiv (3) sowie die in den stereoskopischen Beobachtungsstrahlengängen nachgeordneten Linsengruppen-Paare (5a, 5b; 6a, 6b). Die Strahlengänge sind hierbei nicht maßstabsgetreu wiedergegeben, d.h. zwischen dem Hauptobjektiv (3) und den

nachgeordneten Linsengruppen-Paaren (5a, 5b; 6a, 6b) sind üblicherweise noch Umlenkelemente etc. angeordnet, die aus Übersichtlichkeitsgründen jedoch nicht dargestellt wurden.

Wie durch die der zweiten Linsengruppe (6a, 6b) zugeordneten Pfeile angedeutet, ist eine definierte Wahl der Schnittweite des erfindungsgemäßen optischen Systems durch Verschieben jeweils dieser zweiten Linsengruppen (6a, 6b) entlang der optischen Achsen (10a, 10b) der stereoskopischen Teilstrahlengänge möglich.

Dargestellt ist in Figur 2 desweiteren der Beobachtungsstrahlengang in durchgezogener Form für den Fall, daß vom Mitbeobachter auf die auch vom Hauptbeobachter beobachtete Ebene (2 0) fokussiert wird, sowie der Strahlengang in gestrichelter Form für den Fall, daß auf eine Ebene (30) fokussiert wird, die oberhalb der Hauptbeobachter-Fokusebene (2 0) liegt. Entsprechend den gestrichelt dargestellten Strahlengängen resultiert im letztgenannten Fall für den Mitbeobachter ein Auswandern der Zwischenbilder in der Zwischenbildebene (7) in den stereoskopischen Beobachtungsstrahlengängen nach außen, d.h. voneinander weg.

Fokussiert wird im dargestellten Ausführungsbeispiel mit Hilfe der verschiebbar angeordneten zweiten Linsengruppe (6a, 6b) in den stereoskopischen Teilstrahlengängen.

Das beschriebene Auswandern des Zwischenbildes für den Mitbeobachter wird erfindungsgemäß nunmehr kompensiert, indem diejenige Linsengruppe, mit der fokussiert wird, d.h. im dargestellten Ausführungsbeispiel mit der zweiten Linsengruppe (6a, 6b), beim Verschieben entlang der optischen Achse (10a, 10b) synchronisiert um einen definierten Betrag seitlich versetzt wird. Dieses Versetzen erfolgt erfindungsgemäß dabei durch die Rotation dieser Linsengruppe (6a, 6b) um eine Achse, die parallel zur optischen Achse (10a, 10b) des stereosko-

pischen Teilstrahlenganges orientiert ist. Die Orientierung dieser Achse ist in der folgenden Figur 3 dargestellt.

Dort wird eine geeignete Versetz-Vorrichtung bzw. der prinzipielle mechanisch-konstruktive Aufbau einer vorteilhaften Ausführungsform schematisiert dargestellt.

Die beiden Linsengruppen (6a, 6b) zur Fokussierung sind hierbei in rechteckförmigen Linsenfassungen (11a, lib) angeordnet, die entlang von Führungsstangen (12a, 12b) definiert verschiebbar entlang der optischen Achsen (10a, 1.0b) sind. Desweiteren sind die Linsenfassungen (Ha, lib) und damit auch die Linsengruppen (6a, 6b) jeweils drehbar um die Führungsstangen (12a, 12b) gelagert, was durch die entsprechenden Pfeile in Fig. 3 angedeutet wird. Die Drehachsen, um die die Linsenfassungen (11a, lib) bzw. die Linsengruppen (6a, 6b) drehbar angeordnet sind und die mit den Führungsstangen-Längsachsen zusammenfallen, sind hierbei parallel zu den optischen Achsen (10a, 10b) der stereoskopischen Teilstrahlengänge orientiert.

Desweiteren umfaßt die Versetz-Vorrichtung selbstverständlich ein geeignetes - nicht dargestelltes - Betätigungselement, mit dem der Beobachter die gewünschte Fokussierung vornimmt. Alternativ ist es auch möglich, die Fokussierung motorisch über geeignete Schrittmotoren vorzunehmen.

Zwischen den Linsenfassungen (11a, lib) ist im Gehäuse des Mitbeobachter-Tubus ferner ein Keil (13) angeordnet. Die Linsenfassungen (11a, lib) werden mit Hilfe einer gespannten Feder (14) so zusammengehalten, daß die Linsenfassungen (11a, lib) immer in Kontakt mit dem dazwischen angeordneten Keil (13) sind. Anstelle der dargestellten Feder (14) kann jederzeit auch ein anderes geeignetes elastisches Element an dieser Stelle eingesetzt werden.

Werden die Linsenfassungen (11a, lib) bzw. die entsprechenden Linsengruppen (6a, 6b) nunmehr entlang der optischen Achsen (10a, 10b) in einer Richtung zur Fokussierung verschoben, so

resultiert über die dargestellte Versetzeinrichtung auch ein entsprechendes seitliches Versetzen der Linsengruppen (6a, 6b) relativ zu den optischen Achsen (10a, 10b) und damit die erforderliche Kompensation der Lateral-Bewegung des Zwischenbildes für den Mitbeobachter.

Die in Figur 3 dargestellte Versetzeinrichtung gewährleistet damit eine einfache mechanische Lösung des erwähnten Problems. Durch eine entsprechende geometrische Dimensionierung des Keils (13) und/oder der Linsenfassungen (11a, lib) kann eine definierte Beziehung zwischen dem resultierenden Lateralversatz der Linsengruppen (6a, 6b) bei einem bestimmten Verschiebebetrag entlang der optischen Achse (10a, 10b) leicht eingestellt werden.

Claims (9)

Ansprüche:

1. Optisches System variabler Schnittweite, insbesondere für Operationsitiikroskope, mit einem Hauptobjektiv fester Brennweite und in den stereoskopischen Teilstrahlengängen nachgeordneten, entlang der optischen Achse verschiebbaren, mindestens zwei Linsengruppen zur variablen Schnitt- und Brennweiteneinstellung, wobei beim Verschieben mindestens einer der beiden Linsengruppen in den stereoskopischen Teilstrahlengängen entlang der optischen Achse gleichzeitig ein synchronisiertes Versetzen senkrecht zur optischen Achse erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß

die beiden Linsengruppen (5a, 5b; 6a, 6b) in den stereoskopischen Teilstrahlengängen jeweils als Achromate ausgeführt sind, die jeweils separat für sich hinsichtlich der Abbildungsfehler korrigiert sind.

2. Optisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die senkrecht zur jewieligen optischen Achse (10a, 10b) versetzbare Linsengruppe (6a, 6b) jeweils drehbar um eine Achse (12a,12b) gelagert ist, die parallel zur jeweiligen optischen Achse (10a, 10b) des stereoskopischen Teilstrahlenganges orientiert ist.

3. Optisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste, dem Hauptobjektiv nachgeordnete Linsengruppe (5a, 5b) jeweils fest in den stereoskopischen Teilstrahlengängen angeordnet ist, während die zweite Linsengruppe (6a, 6b) verschiebbar entlang der optischen Achse (10a, 10b) und senkrecht hierzu versetzbar angeordnet ist.

4. Optisches System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß über die erste Linsengruppe (5a, 5b) eine Fokussierung des betrachteten Bildes in eine zwischen der ersten und der zweiten Linsengruppe (5a, 5b; 6a, 6b) liegende Zwischenbildebene (7) mit definierter Lage erfolgt.

5. Optisches System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß beim Verschieben entlang der jeweiligen optischen Achse (10a, 10b) die Linsengruppen (6a, 6b) entgegengesetzt synchron zueinander um die Achsen (12a, 12b) verdrehbar angeordnet sind, die parallel zur jeweiligen optischen Achse (10a, 10b) des stereoskoischen Teilstrahlenganges orientiert ist.

6. Optisches System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Linsengrupen (6a, 6b) in Linsenfassungen (11a, lib) angeordnet sind und zwischen den Linsenfassungen (Ha, Hb) in den beiden stereoskopischen Teilstrahlengängen ein Keil (13) angeordnet ist, der ständig in Kontakt mit beiden Linsenfassungen (Ha, lib) ist.

7. Optisches System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der ständige Kontakt zwischen den Linsenfassungen (Ha, Hb) und dem Keil (13) über ein zwischen den Linsenfassungen (Ha, Hb) unter Spannung angeordnetes elastisches Element (14) gewährleistet ist.

8. Optisches System nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Anordnung im Mitbeobachtertubus (1) eines Operationsmikroskopes.

9. Optisches System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß im Mitbeobachtertubus (1) ein Pentaprisma mit Dachkante als Umlenkelement (8) angeordnet ist.