Die vorliegende Erfindung betrifft einen Binokulartubus für ein Stereomikroskop nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. Dieser Binokulartubus ist aus einer Geradsicht-Position heraus in einem definierten Winkelbereich schwenkbar.
Binokulartuben für Stereomikroskope mit optischer Strahlaufwicklung finden beispielsweise in Operationsmikroskopen Anwendung. Dort ist bei einer grossen Hauptobjektiv-Schnittweite ein möglichst kurzer Arbeitsabstand zwischen dem Mikroskop-Einblick und dem betrachteten Objekt erforderlich, so dass der Chirurg eine entspannte Körperhaltung bei der Durchführung seiner Arbeiten einnehmen kann.
Des Weiteren wird bei Operationsmikroskopen üblicherweise eine Möglichkeit zur kontinuierlichen Veränderung des Einblickwinkels zwischen dem Gehäuse des Stereomikroskopes und dem Binokulartubus gewünscht. Ferner sollte ein derartiger Binokulartubus eine Möglichkeit zur Einstellung des Augenabstandes bzw. der Pupillendistanz bieten.
Ein schwenkbarer Binokulartubus für ein Operationsmikroskop wird beispielsweise in der noch nicht veröffentlichten Patentanmeldung P 4 410 147.3 der Anmelderin vorgeschlagen. Dieser Binokulartubus kann jedoch konzeptionsbedingt nicht in eine Geradsicht-Position geschwenkt werden. Hierbei sei unter Geradsicht-Position eine Position des Binokulartubus verstanden, bei der die Einblickrichtung durch den Binokulartubus zur optischen Achse des Mikroskopes hin ausgerichtet ist.
Darüberhinaus sind vielfältigste weitere Möglichkeiten der Anordnung der erforderlichen optischen Elemente eines Binokulartubus bekannt geworden. So wird etwa in der DE 3 718 843 vorgeschlagen, als optische Bildumkehr-Elemente im Binokulartubus Porro-Prismen zweiter Art einzusetzen. Derartige Prismen bauen jedoch sehr voluminös und führen insgesamt zu einer entsprechend ausladenden Bauweise für den gesamten Binokulartubus. Als weiterer Nachteil dieser Lösung resultieren lange Glas- und Luftwege.
Eine ähnliche Anordnung mit den selben Nachteilen ist auch aus dem Gebrauchsmuster G 9308044.1 bekannt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Binokulartubus für ein Stereomikroskop zu schaffen, der aus einer Geradsicht-Position heraus innerhalb eines bestimmten Winkelbereiches geschwenkt werden kann. Neben einer möglichst optimalen Ergonomie für den Beobachter, insbesondere einer geringen Bauhöhe, ist eine gute Abbildungs-Qualität ohne Vignettierungen im Binokulartubus wünschenswert. Des Weiteren sollte der Justage- und Fertigungsaufwand weitgehend minimiert werden, d.h. eine möglichst geringe Anzahl optischer Elemente zum Einsatz kommen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Binokulartubus für ein Stereomikroskop mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemässen Binokulartubus ergeben sich aus den Merkmalen der abhängigen Ansprüche.
Erfindungsgemäss sind nunmehr im Binokulartubus äusserst kompakte optische Bildumkehr-Elemente in Form von Pentaprismen mit Dachkante vorgesehen. In jedem der beiden stereoskopischen Teilstrahlengänge ist hierbei ein derartiges Bildumkehr-Element angeordnet; beiden Teilstrahlengängen gemeinsam ist ein optisches Umlenkelement, das ebenfalls um die Schwenkachse drehbar gelagert ist.
Es resultiert ein kompakter Aufbau des erfindungsgemässen Binokulartubus mit einer kurzen Baulänge in der Geradsichtposition; ferner ergibt sich die gewünschte Minimierung der Anzahl erforderlicher optischer Elemente.
Mit Hilfe des erfindungsgemässen Binokulartubus kann nunmehr ein Schwenkbereich aus der Geradsicht-Position heraus in einem Winkelintervall von ca. +/- 30 DEG realisiert werden.
Ein weiterer Vorteil ergibt sich aufgrund der versetzten Anordnung der beiden optischen Umkehrelemente relativ zu den optischen Achsen der eintretenden stereoskopischen Teilstrahlengänge. Es resultiert eine Vergrösserung des Abstandes der beiden optischen Achsen der stereoskopischen Teilstrahlengänge nach dem Durchtritt durch die optischen Bildumkehr-Elemente. Dies wiederum erleichtert die erforderliche Verstellung der Pupillendistanz mit Hilfe der nachgeordneten, um die optischen Achsen drehbaren Rhombusprismen. Für die Drehung der Rhombusprismen im Binokulartubus steht dann entsprechend mehr Platz zur Verfügung.
Weitere Vorteile sowie Einzelheiten des erfindungsgemässen Binokulartubus ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der beiliegenden Figuren.
Dabei zeigt
Fig. 1 den prinzipiellen Strahlengang und die Anordnung der wesentlichen Elemente des erfindungsgemässen Binokulartubus in zwei Schwenkstellungen;
Fig. 2 eine Draufsicht auf einen Teil der optischen Elemente des erfindungsgemässen Binokulartubus aus Fig. 1;
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines Pentaprismas mit Dachkante, das zur Bildumkehr im erfindungsgemässen Binokulartubus verwendet wird.
Fig. 1 zeigt eine seitliche Ansicht der wesentlichen Elemente des erfindungsgemässen Binokulartubus in zwei Schwenkstellungen. Die horizontal ausgerichtete Stellung des Binokulartubus stellt hierbei die Geradsicht-Position dar, in der die Einblickrichtung des Beobachters durch die Okulare in Richtung der optischen Achse des Stereomikroskopes ausgerichtet ist. Ferner ist in Fig. 1 in gestrichelter Darstellung die um 30 DEG hierzu verschwenkte Position des Binokulartubus angedeutet. Aus der Geradsicht-Position heraus ist des Weiteren ein Verschwenken um ebenfalls maximal 30 DEG in die andere Richtung möglich.
Die stereoskopischen Teilstrahlengänge gelangen über das optische System des Stereomikroskopes in den erfindungsgemässen Binokulartubus. Vor dem Binokulartubus durchtreten die beiden parallelen, stereoskopischen Teilstrahlengänge jeweils bekannte Tubus-Linsen (2a), ausgeführt als Kittglied, von denen in der Darstellung der Fig. 1 lediglich eine sichtbar ist.
Das - nicht dargestellte - optische System des Stereomikroskopes weist einen bekannten optischen Aufbau mit einem gemeinsamen Hauptobjektiv für die beiden Teilstrahlengänge und eine nachfolgende Vergrösserungswechsel-Einrichtung auf. Das Gehäuse des Stereomikroskopes verlassen demnach zwei parallele, stereoskopische Teilstrahlengänge, die über die Tubuslinsen (2a) in den erfindungsgemässen Binokulartubus gelangen. Den Tubuslinsen (2a) nachgeordnet ist in den beiden stereoskopischen Teilstrahlengängen jeweils ein optisches Bildumkehr-Element (3a). Hierbei ist der Darstellung der Fig. 1 lediglich das im linken Teilstrahlengang vorgesehene Bildumkehr-Element (3a) sichtbar.
Das optische Bildumkehr-Element (3a) ist im erfindungsgemässen Binokulartubus nunmehr als Penta-Prisma mit Dachkante ausgeführt. Hinsichtlich dieses Bauteiles sei an dieser Stelle auf die nachfolgende Beschreibung der Fig. 2 verwiesen.
Eine perspektivische Darstellung eines Penta-Prismas mit Dachkante (3a) zeigt ferner Fig. 3.
Nach der Bildumkehr in den beiden Penta-Prismen mit Dachkante (3a) gelangen die beiden stereoskopischen Teilstrahlengänge über eine weitere Linse (4a), ebenfalls ausgeführt als Kittglied, auf ein von beiden Teilstrahlengängen gemeinsam beaufschlagtes optisches Umlenkelement (5). Im Falle längerer Tubus-Brennweiten kann auf dieses Kittglied (4a) sogar verzichtet werden, d.h. es resultiert in diesem Fall eine nochmalige Reduzierung der Anzahl optischer Komponenten.
Das optische Umlenkelement (5) ist im dargestellten Ausführungsbeispiel als Umlenkspiegel ausgeführt und um die Schwenkachse (6) des erfindungsgemässen Binokulartubus drehbar gelagert. Alternativ zum Umlenkspiegel (5) können selbstverständlich auch andere reflektierende optische Elemente zum Einsatz kommen.
In einer definierten räumlichen Orientierung mit dem Umlenkelement (5) fest verbunden sind die nachfolgend angeordneten optischen Elemente des erfindungsgemässen Binokulartubus. Hierzu zählen im Einzelnen die den Penta-Prismen mit Dachkante (3a) nachgeordneten Rhombus-Prismen (9a), Sehfeldblenden (10a, 11a) sowie die bereits vorab erwähnten Okularlinsen (7a, 8a) in den jeweiligen stereoskopischen Teilstrahlengängen.
Wie aus der Darstellung der Fig. 1 deutlich ersichtlich, weisen die beiden Linsen (2a, 4a) sowie das Penta-Prisma mit Dachkante (3a) als optisches Bildumkehrelement eine feste, gleich bleibende Relativ-Orientierung zueinander sowie zum - nicht dargestellten - Gehäuse des Stereomikroskopes auf. Um die Schwenkachse (6) hierzu verdrehbar sind das Umlenkelement (5) sowie die nachfolgenden optischen Elemente in den stereoskopischen Teilstrahlengängen des erfindungsgemässen Binokulartubus angeordnet.
Des Weiteren ist im erfindungsgemässen Binokulartubus durch Verdrehen der Rhombus-Prismen (9a) um die optische Achse (1a) der stereoskopischen Teilstrahlengänge ein Einstellen der Pupillendistanz in bekannter Art und Weise möglich.
Eine Draufsicht auf die Relativ-Anordnung der einzelnen optischen Komponenten des erfindungsgemässen Binokulartubus ist in Fig. 2 dargestellt.
Die Bezeichnungen in Fig. 2 entsprechen hierbei denen der bereits erläuterten Fig. 1. Dargestellt ist nunmehr zudem noch der zweite stereoskopische Teilstrahlengang im erfindungsgemässen Binokulartubus mit den entsprechenden optischen Komponenten.
Ferner ist in der Darstellung der Fig. 2 nunmehr ersichtlich, wie die optischen Achsen (1a, 1b) der stereoskopischen Teilstrahlengänge nach dem Durchtreten der Penta-Prismen mit Dachkante (3a, 3b) jeweils nach aussen versetzt werden. Es resultiert somit ein grösserer Abstand der beiden optischen Achsen (1a, 1b) nach dem Durchtritt durch die optischen Bildumkehr-Elemente (3a, 3b) im Vergleich zum Abstand der optischen Achsen (1a, 1b) beim Eintritt in die jeweiligen Bildumkehr-Elemente (3a, 3b). Dieser Achsversatz erweist sich als insofern vorteilhaft, als nunmehr der zur Verfügung stehende freie Durchmesser für die beiden Rhombus-Prismen (9a, 9b) vergrössert wurde und damit auch mehr Raum für die Drehung der beiden Rhombus-Prismen (9a, 9b) zur Verfügung steht.
Die Drehbarkeit der beiden Rhombus-Prismen (9a, 9b) inklusive der nachgeordneten Okular-Linsen (7a, 8a; 7b, 8b) um die beiden optischen Achsen (1a, 1b) ist vorteilhaft, um die Einstellbarkeit der Pupillendistanz für den Beobachter sicherzustellen.
The present invention relates to a binocular tube for a stereomicroscope according to the preamble of claim 1. This binocular tube can be pivoted from a straight view position in a defined angular range.
Binocular tubes for stereomicroscopes with optical beam wind-up are used, for example, in surgical microscopes. In the case of a large main lens focal length, the shortest possible working distance between the microscope view and the object being viewed is required, so that the surgeon can assume a relaxed posture while performing his work.
Furthermore, an option for continuously changing the viewing angle between the housing of the stereomicroscope and the binocular tube is usually desired in surgical microscopes. Furthermore, such a binocular tube should offer a possibility for adjusting the interpupillary distance or the pupil distance.
A pivotable binocular tube for a surgical microscope is proposed, for example, in the not yet published patent application P 4 410 147.3 by the applicant. Due to its design, however, this binocular tube cannot be swiveled into a straight view position. In this case, the straight-line position is understood to mean a position of the binocular tube in which the viewing direction through the binocular tube is oriented toward the optical axis of the microscope.
In addition, a wide variety of other possibilities for arranging the required optical elements of a binocular tube have become known. For example, DE 3 718 843 proposes using Porro prisms of the second type as optical image reversal elements in the binocular tube. However, such prisms are very voluminous and overall lead to a correspondingly bulky design for the entire binocular tube. Another disadvantage of this solution is the long glass and air passages.
A similar arrangement with the same disadvantages is also known from utility model G 9308044.1.
The object of the present invention is therefore to create a binocular tube for a stereomicroscope which can be swiveled out of a straight view position within a certain angular range. In addition to the best possible ergonomics for the observer, in particular a low overall height, good imaging quality without vignetting in the binocular tube is desirable. Furthermore, the adjustment and manufacturing effort should be minimized, i.e. the smallest possible number of optical elements are used.
This object is achieved by a binocular tube for a stereomicroscope with the characterizing features of claim 1.
Advantageous refinements of the binocular tube according to the invention result from the features of the dependent claims.
According to the invention, extremely compact optical image reversal elements in the form of pentaprisms with a roof edge are now provided in the binocular tube. Such an image reversal element is arranged in each of the two stereoscopic partial beam paths; common to both partial beam paths is an optical deflection element, which is also rotatably mounted about the pivot axis.
The result is a compact construction of the binocular tube according to the invention with a short overall length in the straight view position; the desired minimization of the number of required optical elements also results.
With the aid of the binocular tube according to the invention, a swivel range can now be realized from the straight-ahead position in an angular interval of approximately +/- 30 °.
Another advantage results from the staggered arrangement of the two optical reversing elements relative to the optical axes of the incoming stereoscopic partial beam paths. The result is an increase in the distance between the two optical axes of the stereoscopic partial beam paths after they have passed through the optical image reversal elements. This in turn facilitates the necessary adjustment of the pupil distance with the help of the downstream rhombus prisms, which can be rotated around the optical axes. There is then more space available for rotating the rhombus prisms in the binocular tube.
Further advantages and details of the binocular tube according to the invention result from the following description of an exemplary embodiment with reference to the attached figures.
It shows
Figure 1 shows the basic beam path and the arrangement of the essential elements of the binocular tube according to the invention in two pivot positions.
FIG. 2 shows a plan view of part of the optical elements of the binocular tube according to the invention from FIG. 1;
Fig. 3 is a perspective view of a pentaprism with a roof edge, which is used for image reversal in the binocular tube according to the invention.
Fig. 1 shows a side view of the essential elements of the binocular tube according to the invention in two pivot positions. The horizontally aligned position of the binocular tube represents the straight-line position in which the observer's direction of view through the eyepieces is aligned in the direction of the optical axis of the stereomicroscope. Furthermore, the position of the binocular tube pivoted by 30 ° for this purpose is indicated in broken lines in FIG. 1. From the straight view position, it is also possible to swivel by a maximum of 30 ° in the other direction.
The stereoscopic partial beam paths pass through the optical system of the stereomicroscope into the binocular tube according to the invention. In front of the binocular tube, the two parallel, stereoscopic partial beam paths each pass through known tube lenses (2a), designed as cemented members, of which only one is visible in the illustration in FIG. 1.
The - not shown - optical system of the stereo microscope has a known optical structure with a common main objective for the two partial beam paths and a subsequent magnification change device. Accordingly, two parallel, stereoscopic partial beam paths leave the housing of the stereomicroscope and reach the binocular tube according to the invention via the tube lenses (2a). Downstream of the tube lenses (2a) is an optical image reversal element (3a) in each of the two stereoscopic partial beam paths. 1, only the image reversal element (3a) provided in the left partial beam path is visible.
The optical image reversal element (3a) in the binocular tube according to the invention is now designed as a penta prism with a roof edge. With regard to this component, reference is made to the following description of FIG. 2 at this point.
3 also shows a perspective illustration of a penta prism with a roof edge (3a).
After the image has been reversed in the two Penta prisms with a roof edge (3a), the two stereoscopic partial beam paths pass through a further lens (4a), also designed as a cemented element, to an optical deflection element (5) that is acted upon jointly by both partial beam paths. In the case of longer tube focal lengths, this cemented member (4a) can even be dispensed with, i.e. in this case the number of optical components is reduced again.
In the exemplary embodiment shown, the optical deflecting element (5) is designed as a deflecting mirror and is mounted rotatably about the pivot axis (6) of the binocular tube according to the invention. As an alternative to the deflecting mirror (5), other reflecting optical elements can of course also be used.
The subsequently arranged optical elements of the binocular tube according to the invention are fixedly connected to the deflecting element (5) in a defined spatial orientation. These include the rhombus prisms (9a), the field of view diaphragms (10a, 11a), which are arranged after the penta prisms with the roof edge (3a), and the eyepiece lenses (7a, 8a) already mentioned in the respective stereoscopic partial beam paths.
As can be clearly seen from the illustration in FIG. 1, the two lenses (2a, 4a) and the penta prism with the roof edge (3a) as the optical image reversing element have a fixed, constant relative orientation to one another and to the housing (not shown) of the Stereo microscope. The deflecting element (5) and the subsequent optical elements are arranged in the stereoscopic partial beam paths of the binocular tube according to the invention about the pivot axis (6) for this purpose.
Furthermore, in the binocular tube according to the invention, the pupil distance can be adjusted in a known manner by rotating the rhombus prisms (9a) about the optical axis (1a) of the stereoscopic partial beam paths.
A plan view of the relative arrangement of the individual optical components of the binocular tube according to the invention is shown in FIG. 2.
The designations in FIG. 2 correspond to those of FIG. 1 already explained. The second stereoscopic partial beam path in the binocular tube according to the invention with the corresponding optical components is now also shown.
Furthermore, it can now be seen in the illustration in FIG. 2 how the optical axes (1a, 1b) of the stereoscopic partial beam paths after the passage of the Penta prisms with the roof edge (3a, 3b) are each offset to the outside. This results in a greater distance between the two optical axes (1a, 1b) after passing through the optical image reversal elements (3a, 3b) compared to the distance between the optical axes (1a, 1b) when entering the respective image reversal elements ( 3a, 3b). This axis offset proves to be advantageous in that the available free diameter for the two rhombus prisms (9a, 9b) has now been increased and thus more space is available for the rotation of the two rhombus prisms (9a, 9b) .
The rotatability of the two rhombus prisms (9a, 9b) including the downstream eyepiece lenses (7a, 8a; 7b, 8b) around the two optical axes (1a, 1b) is advantageous in order to ensure that the observer can adjust the pupil distance.