DE10134896C5

DE10134896C5 - Kopflupe

Info

Publication number: DE10134896C5
Application number: DE2001134896
Authority: DE
Inventors: Dr. Strähle Fritz; Josef Schlosser; Peter Reimer
Original assignee: Carl Zeiss Meditec AG
Current assignee: Carl Zeiss Meditec AG
Priority date: 2000-07-19
Filing date: 2001-07-18
Publication date: 2015-04-23
Anticipated expiration: 2021-07-19
Also published as: DE10134896A1; DE10134896B9; DE10134896B4

Abstract

Kopflupe zur stereoskopischen vergrößerten Betrachtung eines Objekts (11), umfassend: ein Objektivsystem (17) mit einer einzigen Eintrittslinse (15) für ein von dem Objekt (11) ausgehendes Strahlenbündel; und zwei Okularsysteme (19), von denen ein jedes ein Teilbündel (9) des durch das Objektivsystem abgebildeten Strahlenbündels (23) einem Auge (3) eines Betrachters zuführt; dadurch gekennzeichnet, dass das Objektivsystem (17) eine Fokusänderungseinrichtung (15, 21) zur Änderung des Abstands (a) des scharf auf das Auge (3) abgebildeten Objekts (11) von der Eintrittslinse (15) aufweist, wobei die Fokusänderungseinrichtung (15, 21) die Eintrittslinse (15) und eine Austrittslinse (21) des Objektivsystems (17) umfasst, welche von dem von dem Objekt (11) ausgehenden Strahlenbündel durchlaufen werden, wobei die Eintrittslinse (15) und die Austrittslinse (21) voneinander um einen variablen Abstand (d) beabstandet sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kopflupe zur stereoskopischen vergrößerten Betrachtung eines Objekts.
Eine derartige Kopflupe wird vom Betrachter wie eine Brille am Kopf getragen, wobei einem jeden Auge des Betrachters durch separat hierfür vorgesehene optische Kanäle ein Bild des zu betrachtenden Objekts zugeführt wird. Die optischen Kanäle sind mit Abstand voneinander angeordnet, und ihre optischen Achsen schneiden sich am betrachteten Objekt, so dass ein jedes Auge das Objekt unter einem anderen Blickwinkel wahrnimmt und beim Betrachter ein stereoskopischer räumlicher Eindruck des Objekts entsteht. Der Winkel, den die optischen Achsen miteinander in der Objektebene einschliessen, ist der Stereowinkel.
Eine solche Kopflupe wird beispielweise von Operateuren bei chirurgischen Eingriffen getragen.
Aus dem Dokument DE 896 127 B ist eine binokulare Lupenbrille mit den Merkmalen des Oberbegriffes der unabhängigen Ansprüche 1 und 3 bekannt.
Eine Lupenbrille, bei der mehrere verschiedene Linsen in die durchgehend getrennt geführten Strahlengänge für ein linkes und rechtes Auge des Benutzers eingeschwenkt werden können, ist aus der US 3 865 468 A bekannt.
Eine Operationskopflupe mit kontinuierlicher Vergrößerungseinstellung, bei der mindestens in einem Linsensystem eine einstellbare deformierbare Linse und Mittel zur Ansteuerung der Linsendeformation nach einem vorgewählten Programm entsprechend einzuhaltender optischer Bedingungen vorgesehen ist, ist aus der Patentschrift DD 253 095 A1 bekannt.
Ein optisches System für ein terrestrisches Fernrohr, bei dem ein objektivseitiges Umkehrreflexionssystem mit einem ersten Spiegel unter einem Winkel von 45° gegenüber dem in das optische System eintretenden Strahl und einem zweiten Spiegel zur Aufnahme des am ersten Spiegel reflektierten Strahls und dessen Reflexion orthogonal zu dem eintretenden Strahl sowie ein okularseitiges Umkehrreflexionssystem mit einem dritten Spiegel zur Reflexion des am zweiten Spiegel reflektierten Strahls parallel zu dessen Eintrittsstrahl und einem vierten Spiegel zur Reflexion des an dem dritten Spiegel reflektierten Strahls parallel zu dem eintretenden Strahl vorgesehen ist, ist aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 197 47 771 A1 bekannt. Dabei kann zwischen den beiden Spiegeln des ersten Umkehrreflexionssystems eine Linse angeordnet sein.
Die Offenlegungsschrift WO 1996/013695 A1 offenbart ein Kepler'sches Fernrohr, welches durch Faltung einen besonders kompakten Aufbau aufweist.
Eine aus US 5 971 540 A bekannte Kopflupe umfaßt als die beiden optischen Kanäle zwei strikt voneinander getrennte optische Systeme, welche ohne nähere Angaben hinsichtlich der eingesetzten optischen Komponenten jeweils als ein auf die Objektebene fokussiertes Galilei-Fernrohr aufgebaut sind, wie aus der Gesamtbeschreibung gefolgert werden kann. Es werden Linsen eines jeden Fernrohrs relativ zueinander verschoben, um die Optiken auf den gerade verwendeten Arbeitsabstand zu fokussieren und um weiter die Vergrößerung der Fernrohre zu ändern. Die beiden Fernrohre sind mittels einer Mechanik aneinander gekoppelt, um motorisch den bei der Änderung des Arbeitsabstandes, also des Abstandes zwischen dem betrachteten Objekt und dem Auge, sich zwangsläufig ändernden Stereowinkel anzupassen.
Diese bekannte Kopflupe ist mechanisch aufwendig und greift mit einer vom Benutzer als zu groß empfundenen Kraftwirkung an dessen Kopf an.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kopflupe der vorangehend geschilderten Art anzugeben, welche einen mechanisch einfacheren Aufbau aufweist oder/und angenehmere Trageeigenschaften zeigt.
Die vorstehende Aufgabe wird bei einer Kopflupe mit den Merkmalen des Oberbegriffes des unabhängigen Anspruchs 1 durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen finden sich in den Unteransprüchen.
Die Erfindung schlägt hierzu eine Kopflupe zur stereoskopischen vergrößerten Betrachtung eines Objekts vor, welches ein Objektivsystem mit einer einzigen Eintrittslinse für die beiden von dem Objekt ausgehenden stereoskopischen Strahlenbündel und zwei separate Okularsysteme aufweist, von denen ein jedes jeweils ein Teilbündel der durch das Objektivsystem gemeinsam abgebildeten stereoskopischen Strahlenbündel einem Auge des Betrachters zuführt.
Die beiden Okularsysteme sind mit einem dem Augenabstand des Betrachters entsprechenden Abstand voneinander anordenbar, so dass der stereoskopische Raumeindruck entsteht. Ein jedes Okularsystem bildet ein Teilbündel des Vollbündels ab, welches als Abbildung des vom Objekt ausgehenden Strahlenbündels von dem Objektivsystem ausgegeben wird. Damit wird das Objektivsystem von den beiden Okularsystemen gemeinsam genutzt, was den mechanischen Aufbau gegenüber den herkömmlichen Kopflupen alleine auf Grund des Wegfalls eines Objektivsystems vereinfacht. Ferner ist auf Grund der Verwendung eines gemeinsamen Objektivsystems eine mechanische Verstellung des von den beiden optischen Kanälen eingeschlossenen Winkels unnötig, da sich die optischen Achsen der beiden stereoskopischen Strahlenbündel, bedingt durch das gemeinsame Objektivsystem, immer in der jeweiligen Objektebene schneiden. Durch den erfindungsgemäßen Aufbau der Kopflupe ist damit der bei der herkömmlichen Kopflupe notwendige Mechanismus zur Änderung des Winkels zwischen den beiden Stereokanälen unnötig.
Vorteilhafterweise weist das Strahlenbündel, welches vom Objekt kommend das Objektivsystem verlässt, einen solchen Durchmesser auf, dass die beiden Teilstrahlenbündel, die die Okularsysteme aus diesem Vollstrahlenbündel herausgreifen, nicht überlappend nebeneinander angeordnet sind. Hierdurch ist sichergestellt, dass mit beiden Augen unterschiedliche Bilder des Objekts bei ausreichend großem Stereowinkel wahrgenommen werden.
Vorteilhafterweise ist der Strahlengang eines jeden Teilbündels durch das Objektivsystem oder das Okularsystem oder durch das Objektivsystem und das Okularsystem zusammen gefaltet. Durch die Auffaltung des Strahlenganges ist es möglich, die Baulänge der Kopflupe zu reduzieren, wodurch insbesondere auch bei gegebenem Gesamtgewicht der Kopflupe die durch diese ausgeübte Hebelwirkung auf den Kopf des Betrachters verringert wird. Insbesondere ist es hierbei vorteilhaft, den Strahlengang derart zu falten, dass eine Strahlrichtung des gefalteten Strahlengangs bereichsweise quer zu oder/und entgegen die Strahlrichtung verläuft, in der das vom Objekt ausgehende Strahlenbündel in die Eintrittslinse des Objektivsystems einfällt. Insbesondere kann hierbei die Strahlrichtung bereichsweise im Wesentlichen antiparallel zu der Richtung des vom Objekt ausgehenden Strahlenbündels verlaufen.
Objektivsystem und Okularsystem sind durch eine Halterung getragen, welche beispielsweise am Kopf des Betrachters befestigbar ist. Hierbei umfasst die Halterung zwei Komponenten, nämlich eine Objektivhalterung für das Objektivsystem und eine Okularhalterung, welche wenigstens eine augenseitige Austrittslinse des Okularsystems trägt. Die Okularhalterung ist bezüglich der Objektivhalterung schwenkbar gelagert, während die Objektivhalterung relativ zum Kopf des Betrachters fest angeordnet ist. Die Okularhalterung ist dabei zwischen zwei Positionen schwenkbar, nämlich einer Position vor dem Auge des Betrachters, so dass dieser das Objekt durch die Kopflupe vergrößert erkennt, und einer zweiten Position, welche den direkten Blick vom Auge des Betrachters zum Objekt freigibt, so dass der Betrachter das Objekt in natürlicher Weise und nicht vergrößert sehen kann.
Das Verschwenken der Okularhalterung erfolgt vorzugsweise motorisch, so dass der Betrachter hierfür seine Hände nicht verwenden muss. Die Ansteuerung des Motors kann beispielsweise über einen Fußschalter oder Sprachsteuerung erfolgen.
Erfindungsgemäß ist das Objektivsystem derart ausgebildet, dass der Fokus der Kopflupe, d. h. der Abstand zwischen Auge und scharf abgebildetem Objekt, änderbar ist. Eine solche Fokusänderung kann ebenfalls motorisch durchgeführt werden.
Es ist weiterhin vorteilhaft, in dem Okularsystem eine Zoomeinrichtung zur Änderung der Abbildungsvergrößerung der Kopflupe bei gegebenem Arbeitsabstand vorzusehen. Diese Zoomeinrichtung kann ebenfalls motorisch betätigbar sein.
Vorteilhafterweise sind die Okularsysteme selbst als Kepler-Fernrohre aufgebaut. Das Kepler-Fernrohr aus Objektiv und Okular weist den Vorteil eines reell betrachteten Zwischenbilds auf, so dass störende Effekte, wie etwa Vignettierung, vergleichsweise gering bleiben, wobei bei gegebenem Sehfeldblendendurchmesser auch die Durchmesser der verwendeten optischen Komponenten im Unterschied zum Galilei-Fernrohr vergleichsweise gering sein können.
Die beim Kepler-Fernrohr erforderliche Bildumkehr, um das entstehende Bild höhen- und seitenrichtig zu stellen, wird vorzugsweise mit einem Porro-Prismensystem erster Art erzielt, wobei weiter bevorzugt das Objektiv des Kepler-Fernrohrs im Strahlengang zwischen den beiden Prismen des Porro-Prismensystems erster Art angeordnet ist.
Ferner ist vorzugsweise in jedem Kepler-Fernrohr ein Rhomboidprisma vorgesehen, um den Strahlengang parallel zu versetzen und hierüber die beiden vom Objektivsystem ausgegebenen und dort relativ eng beieinanderliegenden Teilstrahlenbündel auf einen Abstand zu bringen, der dem Augenabstand des Betrachters entspricht.
Dieses Rhomboidprisma ist im Strahlengang vorzugsweise zwischen dem Objektiv und dem Okular des Kepler-Fernrohrs angeordnet.
Vorteilhafterweise ist wenigstens eine Komponente der Kopflupe bezüglich der übrigen optischen Komponenten der Kopflupe verlagerbar, um einen Winkel zwischen dem von dem Objekt ausgehenden und dem Auge des Betrachters zugeführten Strahlenbündels einerseits und einer Hauptachse des Objektivsystems andererseits zu ändern. Hierbei sind vorteilhafterweise wenigstens ein Stellglied zum Antrieb der verlagerbaren Komponente und eine Steuerung für das Stellglied vorgesehen, um dieses derart anzusteuern, dass ein Kopfzittern des Benutzers, welches zu einem Wackeln des von dem Benutzer betrachteten Bildes des Objekts führen würde, derart zu kompensieren, dass die Kopflupe ein stabilisiertes Bild des Objekts liefert.
Alternativ zu einer solchen aktiven Bildstabilisierung ist auch eine passive Bildstabilisierung vorteilhaft, bei der die verlagerbare Komponente lediglich elastisch aus einer Ruhelage auslenkbar ist. Derartige Bildstabilisierungstechniken sind für Teleskope beispielsweise aus US 5 029 995 A und US 6 046 853 A bekannt und sind vom Fachmann auf die hier beschriebene Kopflupe übertragbar.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand von Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigen:
1 in schematischer Darstellung einen Strahlengang durch eine erfindungsgemäße Kopflupe;
2 eine räumliche Darstellung von optischen Komponenten der in 1 gezeigten Kopflupe sowie ein hierdurch verlaufendes Strahlenbündel;
3 eine vergrößerte Teilansicht der 3;
4 eine Anordnung von Teilstrahlenbündeln in einer Austrittsquerschnittsfläche eines Objektivsystems der in 1 gezeigten Kopflupe;
5 eine Ansicht eines Gehäuses der in 1 gezeigten Kopflupe von vorne und
6 eine Tabelle mit technischen Daten der für den Aufbau der Kopflupe der 1 verwendeten optischen Komponenten.
In 1 ist ein Strahlengang durch eine erfindungsgemäße Kopflupe 1 schematisch dargestellt. Die Kopflupe ist als eine Kopflupe ausgeführt, die mittels Riemen am Kopf eines Betrachters derart befestigbar ist, dass die beiden Augen 3 des Betrachters in jeweils ein Austrittsokular 5 der Kopflupe 1 blicken. In 1 sind Zentralstrahlen 7l und 7r von Teilstrahlenbündeln (vgl. Bezugszeichen 9 in 2) dargestellt, welche von den Austrittsokularen 5 den Augen 3 des Betrachters zugeführt werden. Die Zentralstrahlen 7l, 7r werden durch Spiegel der Kopflupe 1 mehrfach gefaltet und durch das Objektivsystem 17 derart abgebildet, dass sie sich an einem zu betrachtenden Objekt 11 treffen und dabei einen Stereowinkel α miteinander einschließen. Die Kopflupe 1 bildet somit auf jedes Auge 3 des Betrachters ein Bild des Objekts 11 ab, wobei sich die Betrachtungswinkel der beiden Bilder um den Stereowinkel unterscheiden, so dass beim Betrachter ein stereoskopischer Raumeindruck für das betrachtete Objekt 11 entsteht.
Das optische System der Kopflupe 1 ist für die Zentralstrahlen 7l und 7r bezüglich einer Mittelachse 13 symmetrisch aufgebaut. Die Zentralstrahlen 7l, 7r treten, vom Objektiv 11 kommend, durch eine Haupteintrittslinse 15 in ein Objektivsystem 17 der Kopflupe 1 ein. Das Objektivsystem 17 ist hierbei für die beiden Zentralstrahlen 7l und 7r gemeinsam vorgesehen. Nach ihrem Austritt aus dem Objektivsystem 17 treten die Zentralstrahlen 7l und 7r jeweils in ein Okularsystem 19 ein, wobei jedem der beiden Zentralstrahlen 7l, 7r ein eigenes Okularsystem 19 separat zugeordnet ist. Hierbei bildet das Objektivsystem 17 die von dem Objekt 11 ausgehenden Strahlenbündel nach Unendlich ab.
Zur Verdeutlichung des Aufbaus der Kopflupe 1 zeigen die 2 und 4 in räumlicher Darstellung das in das linke Auge des Betrachters 3 eintretende Teilstrahlenbündel 9, dessen Zentralstrahl 7l in 1 dargestellt ist.
Das Objektivsystem 17 umfasst die Haupteintrittslinse 15, welche als Zerstreuungslinse ausgebildet und dabei selbst als Kittglied aus zwei Teillinsen mit unterschiedlichem Brechungsindex aufgebaut ist. Ferner umfasst das Objektivsystem 17 eine Austrittslinse 21, welche als Positivlinse ausgebildet und ebenfalls als Kittglied aus zwei Teillinsen aufgebaut ist. Hierbei ist ein Abstand d zwischen der Haupteintrittslinse 15 und der Austrittslinse 21 des Objektivsystems 17 variabel, so dass ein Arbeitsabstand a zwischen der Haupteintrittslinse 15 und dem Objekt 11, bei dem die Abbildung des Objekts 11 scharf fokussiert auf die Augen 3 erfolgt, ebenfalls änderbar ist. Bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel ist der Abstand d zwischen den Linsen 15 und 21 des Objektivsystems 17 im Bereich zwischen 18,0 mm und 0,5 mm änderbar, was zu einer Änderung des Arbeitsabstands a im Bereich von 250 mm bis 500 mm führt.
Das Objektivsystem 17 bildet das Objekt 11 nach Unendlich ab, d. h. sämtliche als Strahlenbündel vom Objekt 11 ausgehenden und in die Haupteintrittslinse 15 eintretenden Lichtstrahlen verlassen das Objektivsystem 17 durch dessen Austrittslinse 21 als paralleles Vollstrahlenbündel. Diese Situation ist in 4 zur Verdeutlichung dargestellt, welche eine Draufsicht auf die Austrittslinse 21 des Objektivsystems 17 zeigt. Die Linse 21 wird dabei von dem Vollstrahlenbündel 23 durchsetzt, welches im Querschnitt die Gestalt einer Kreisfläche aufweist.
Aus dem Vollstrahlenbündel 23 werden zwei Teilstrahlenbündel 25 herausgegriffen, dessen eines Teilstrahlenbündel 25 mit Zentralstrahl 7l dem linken Okularsystem 19 der Kopflupe 1 zugeführt wird und dessen anderes Teilstrahlenbündel 25 mit Zentralstrahl 7r dem rechten Okularsystem 19 der Kopflupe 1 zugeführt wird. Wie aus 4 ersichtlich ist, sind die beiden Teilstrahlenbündel 25 im Querschnitt des Vollstrahlenbündels 23 benachbart zueinander und nicht überlappend angeordnet.
Das Okularsystem 19 der Kopflupe 1 ist selbst als Kepler-Fernrohr aufgebaut und umfasst hierzu ein Objektiv 27 und das Okular 5. Das Objektiv 27 umfasst wiederum drei koaxial angeordnete Linsen, nämlich eine als Sammellinse ausgebildete Eintrittslinse 29, eine ebenfalls als Sammellinse ausgebildete Austrittslinse 31 und eine axial zwischen Eintrittslinse 29 und Austrittslinse 31 angeordnete Zwischenlinse 33, welche als Zerstreuungslinse ausgebildet ist. Eine jede der Linsen 29, 31, 33 des Objektivs 27 des Kepler-Fernrohrs 19 ist als Kittglied aus zwei Teillinsen mit unterschiedlichem Brechungsindex gefertigt. Das Objektiv 27 des Kepler-Fernrohrs 19 stellt eine Zoomfunktion zur Änderung der optischen Vergrößerung der Kopflupe 1 bereit. Hierzu ist die Austrittslinse 31 des Objektivs 27 bezüglich der übrigen optischen Komponenten fest angeordnet, während ein Abstand e zwischen Eintrittslinse 29 und Zwischenlinse 33 sowie ein Abstand f zwischen Zwischenlinse 33 und Austrittslinse 31 änderbar sind. Die Gesetzmäßigkeit, nach der die Abstände e und f zu ändern sind, um eine gewünschte Vergrößerung zu erzielen, ist dem Fachmann bekannt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel können der Abstand e im Bereich von 2,169 mm bis 18,99 mm und der Abstand f im Bereich von 1,205 mm bis 15,331 mm verändert werden, um bei einem Arbeitsabstand a von 250 mm eine Änderung der Vergrößerung im Bereich von 3,2-fach bis 6,4-fach und bei einem Arbeitsabstand a von 500 mm eine Änderung der Vergrößerung von 1,9-fach bis 3,8-fach zu erreichen.
Um die Baulänge des aus dem Objektivsystem 17 und dem Kepler-Fernrohr 19 zusammengesetzten optischen Systems der Kopflupe 1 zu verringern, ist der Strahlengang mittels eines Porro-Prismensystems erster Art gefaltet. Eine Verkürzung der Baulänge hat unter anderem den Vorteil, dass die am Kopf getragene Kopflupe 1 auf den Betrachter dann eine geringere Hebelwirkung ausübt, was den Tragekomfort erhöht. Das Porro-Prismensystem erster Art umfasst ein Eintrittsprisma 35 und ein Austrittsprisma 37. Das Eintrittsprisma 35 ist im optischen Weg des Okularsystems vor dem Objektiv 27 des Kepler-Fernrohrs 19, also zwischen Austrittslinse 21 des Objektivsystems 17 und Eintrittslinse 29 des Objektivs 27 des Kepler-Fernrohrs 19 angeordnet. Das Austrittsprisma 37 des Porro-Prismensystems erster Art ist im optischen Weg des Okularsystems zwischen dessen Objektiv 27 und Okular 5 angeordnet.
Neben der Verkürzung der Baulänge hat die Verwendung des Porro-Prismensystems erster Art als Umkehrprisma auch die Wirkung, dass die beim Kepler-Fernrohr notwendige höhen- und seitenrichtige Stellung des Bildes hierdurch erfolgen kann.
Im Strahlengang des Objektivsystems 19 sind ferner noch zwei parallel zueinander und versetzt voneinander angeordnete Spiegelflächen 39 und 41 vorgesehen, welche den aus dem Austrittsprisma 37 des Porro-Prismensystems austretenden Strahl parallel so weit versetzen, dass die beiden Zentralstrahlen 7l und 7r einen Abstand voneinander aufweisen, der dem Augenabstand des Betrachters entspricht. Die beiden Spiegelflächen 39 und 41 sind durch ein Rhomboidprisma 43 bereitgestellt.
Im Strahlengang des Objektivsystems 19 ist ferner in der Ebene des von dem Objektiv 27 des Kepler-Fernrohrs 19 erzeugten Zwischenbilds eine Sehfeldblende 47 vorgesehen, um Störungen außerhalb des Gesichtsfelds des optischen Systems auszublenden.
Die optischen Komponenten der Kopflupe 1 sind in einem Gehäuse 48 gehaltert, welches in 5 schematisch in einer Ansicht von vorne auf die Eintrittslinse 15 des Hauptobjektivs 17 dargestellt ist. Das Gehäuse 48 umfasst ein Hauptteil 49, welches mit geeigneten Bändern und Bügeln am Kopf des Betrachters befestigbar ist. Ferner umfasst das Gehäuse 48 zwei identisch aufgebaute und bezüglich der Hauptachse 13 symmetrisch angeordnete Okularteile 51. Die Okularteile 51 des Gehäuses 48 haltern die Okulare 5, und durch Verschwenken der Okularteile 51 bezüglich des Hauptteils 49 in eine Richtung R kann der Abstand der beiden Okulare 5 voneinander verändert werden, um diesen dem Augenabstand des Betrachters anzupassen. Ferner können die beiden Okularteile 51 durch weiteres Verschwenken in Richtung R in eine in der 5 mit gestrichelter Linie dargestellter Stellung verschwenkt werden. In dieser Stellung sind die Okularteile vollständig aus dem Bereich vor den Augen 3 des Benutzers entfernt, so dass dieser direkt auf das Objekt 11 blicken kann. Er kann dieses somit nicht vergrößert und ohne Zwischenschaltung eines optischen Systems wahrnehmen.
Die Verschwenkung der Okularteile 51 bezüglich des Hauptteils 49 erfolgt um Schwenkachsen 53, die mit Abstand voneinander und parallel zur Hauptachse 13 angeordnet sind. Vorzugsweise fallen die beiden Schwenkachsen 53 mit dem Verlauf des Zentralstrahls 7l, 7r zwischen dem Austrittsprisma 37 des Porro-Systems und der Spiegelfläche 39 im Wesentlichen zusammen.
Ein jedes der Okularteile 51 des Gehäuses 48 haltert dann eines der Okulare 5 und ein Rhomboidprisma 43. Die übrigen Komponenten des optischen Systems sind in dem Hauptteil 49 des Gehäuses 48 gehaltert.
In dem Hauptteil 49 des Gehäuses 48 ist ferner eine Lampe 58 mit einem Spiegel 59 angeordnet, um das Objekt 11 zu beleuchten (vgl. 4). Wie aus 4 für die Linse 21 des Objektivsystems 17 ersichtlich ist, weist das Objektivsystem einen ausgeschnittenen Bereich 55 auf, um Bauraum für die Beleuchtungskompontenten 58, 59 bereit zu stellen. Der Ausschnitt 55 ist dabei derart gestaltet, dass die beiden Teilstrahlen 25 nicht beeinträchtigt werden.
Unter Bezugnahme auf 3 umfaßt die Kopflupe 1 ferner zwei an dem Gehäuse 48 festgelegte Aktuatoren 61, 62, welche über Stellarme 63, 64 an die Austrittslinse 21 des Objektivsystems 17 angreifen, um diese quer zu der Hauptachse 13 relativ zu dem Gehäuse 48 mechanisch zu verlagern. Hierbei bewirkt der Aktuator 61 im wesentlichen eine Verlagerung der Linse 21 in einer x-Richtung in der zu der Achse 13 orthogonalen Ebene, und der Aktuator 62 bewirkt eine Verlagerung der Linse 21 im wesentlichen in einer zu der x-Richtung orthogonalen y-Richtung. Zur Ansteuerung der Aktuatoren 61 und 62 ist eine Steuerung 65 vorgesehen, welche die Ansteuerung der Aktuatoren in Abhängigkeit von Meßsignalen vornimmt, welche von zwei Beschleunigungssensoren 66, 67 bereitgestellt werden. Die Beschleunigungssensoren 66, 67 sind fest mit dem Gehäuse 48 verbunden, und der Sensor 66 erfaßt eine Beschleunigung des Gehäuses in der x-Richtung, während der Sensor 67 eine Beschleunigung des Gehäuses in der y-Richtung registriert. Die Sensoren 66 und 67 sind dazu vorgesehen, ein Zittern des Kopfes des Benutzers der Kopflupe und ein damit verbundenes Wackeln derselben zu registrieren. Bei relativ zu dem Gehäuse festgehaltener Linse 21 des Objektivsystems 17 würde auch das von dem Benutzer gesehene vergrößerte Bild des Objekts 11 wackeln. Die Steuerung 65 steuert nun die Aktuatoren 61 und 62 derart an, dass ein solches Wackeln des Bildes des Objekts aufgrund einer Zitterbewegung der Kopflupe kompensiert wird und der Benutzer ein stabilisiertes Bild des Objekts betrachten kann.
Das System kann beispielsweise derart ausgelegt sein, dass die Aktuatoren 61, 62 jeweils eine Verlagerung der Linse 21 um ±0,5 mm aus ihrer bezüglich der Hauptachse 13 zentrierten Ruhelage heraus bewirken können. Eine solche Verlagerung um ±0,5 mm führt zu einer parallelen Verkippung bzw. Verschwenkung der beiden Zentralstrahlen 7l und 7r zwischen Objektivsystem 17 und Objekt 11 von ±15,6. Diese Verkippung der Strahlen zwischen Objektivsystem 17 und Objekt 11 ist unabhängig vom Arbeitsabstand a. Eine solche Verkippung der Strahlen entspricht dann einer der Brennweite des Objektivsystems 17 proportionalen lateralen Verschiebung des Objekts 11 in der Objektebene von ±1,5 mm bei einem Arbeitsabstand a = 250,00 mm bzw. einer Verschiebung von ±2,4 mm bei einem Arbeitsabstand a = 500,00 mm.
Aufgrund der Vergrößerung des Okularsystems 19 führt die Verkippung der Strahlen 7l und 7r zwischen Objektivsystem 17 und Objekt 11 zu einer entsprechend vergrößerten Verkippung der den Augen 3 des Betrachters durch die Okulare 5 zugeführten Strahlen 7l und 7r. Bei der beschriebenen Ausführung der Kopflupe 1 variiert die Verkippung der dem Auge zugeführten Strahlen 7l und 7r damit zwischen ±64' und ±128'.
Eine ähnliche Stabilisierung der Kopflupe 1 kann auch dadurch erreicht werden, dass nicht die Austrittslinse 21 des Objektivsystems 17 sondern dessen Eintrittslinse 15 quer zur Hauptachse 13 verlagert wird. Die Verlagerung einer Komponente des Objektivsystems hat den Vorteil, dass diese Verlagerung auf beide Stereostrahlengänge gemeinsam wirkt. Es ist allerdings ebenfalls möglich, Komponenten der beiden Okularsysteme 19 gemeinsam zu verlagern, um ebenfalls die gewünschte Bildstabilisierung zu erreichen. So können beispielsweise die Umlenkprismen 35 oder 37 oder etwa das Rhomboidprisma 43 oder die Okulare 5 gemeinsam verlagert werden, um eine entsprechende Bildstabilisierung zu erreichen.
In der in 6 dargestellten Tabelle sind die optischen Daten der für die Kopflupe 1 verwendeten optischen Komponenten aufgeführt. In der ersten Spalte sind die optisch wirksamen Flächen der optischen Komponenten entlang des optischen Wegs ausgehend vom Auge 3 des Beobachters bis zum Objekt 11 fortlaufend numeriert. In Klammern ist dort die Bezugsziffer gesetzt, mit der die entsprechende optische Komponente in den 1 bis 5 bezeichnet ist. In der zweiten Spalte der Tabelle sind die Radien der optisch wirksamen Flächen aufgeführt, die dritte Spalte bezeichnet den Abstand zwischen einer vorangehenden und einer nachfolgenden optisch wirksamen Fläche in Millimeter, die vierte Spalte bezeichnet den freien Durchmesser der jeweiligen optischen Komponente in Millimeter, und die letzte Spalte bezeichnet das zwischen aufeinanderfolgenden brechenden Flächen vorgesehene Medium, nämlich Luft oder Glas, wobei für Glas diejenigen Bezeichnungen angegeben sind, unter denen die entsprechenden Gläser von der Firma Schott bezogen werden können.
Anstatt das Objektivsystem mit dem vorangehend erläuterten Ausschnitt 55 zu versehen, um Bauraum für die Beleuchtungskomponenten bereit zu stellen, ist es auch denkbar, das Beleuchtungssystem so in die Kopflupe zu integrieren, dass ein von dem Beleuchtungssystem ausgehendes Beleuchtungsstrahlenbündel durch das Objektivsystem selbst auf das Objekt abgebildet wird.

Claims

Kopflupe zur stereoskopischen vergrößerten Betrachtung eines Objekts (11), umfassend: ein Objektivsystem (17) mit einer einzigen Eintrittslinse (15) für ein von dem Objekt (11) ausgehendes Strahlenbündel; und zwei Okularsysteme (19), von denen ein jedes ein Teilbündel (9) des durch das Objektivsystem abgebildeten Strahlenbündels (23) einem Auge (3) eines Betrachters zuführt; dadurch gekennzeichnet, dass das Objektivsystem (17) eine Fokusänderungseinrichtung (15, 21) zur Änderung des Abstands (a) des scharf auf das Auge (3) abgebildeten Objekts (11) von der Eintrittslinse (15) aufweist, wobei die Fokusänderungseinrichtung (15, 21) die Eintrittslinse (15) und eine Austrittslinse (21) des Objektivsystems (17) umfasst, welche von dem von dem Objekt (11) ausgehenden Strahlenbündel durchlaufen werden, wobei die Eintrittslinse (15) und die Austrittslinse (21) voneinander um einen variablen Abstand (d) beabstandet sind.
Kopflupe nach Anspruch 1, wobei wenigstens eine optische Komponente (21) der Kopflupe relativ zu einem Gehäuse (48) derselben bewegbar gelagert ist, um einen Winkel zwischen dem von dem Objekt (11) ausgehenden und dem Auge des Betrachters zugeführten Strahlenbündel (7l, 7r) einerseits und einer Hauptachse (13) des Objektivsystems (17) andererseits zu ändern.
Kopflupe nach Anspruch 2, ferner umfassend wenigstens einen Stellantrieb (61, 62), um die wenigstens eine optische Komponente (21) relativ zu dem Gehäuse (48) zu verlagern, und wenigstens eine Bewegungsmessungseinrichtung (66, 67) zur Bestimmung einer Bewegung der Kopflupe (1) und eine Steuerung (65), welche das wenigstens eine Stellglied (61, 62) in Abhängigkeit von einem Signal der Bewegungsmessungseinrichtung (66, 67) ansteuert.
Kopflupe nach einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei die Bewegungsmessungseinrichtung einen Beschleunigungssensor (66, 67) umfaßt.
Kopflupe nach Anspruch 2, wobei die wenigstens eine optische Komponente aus einer Ruhelage bezüglich des Gehäuses elastisch auslenkbar gelagert ist, und wobei eine Dämpfungseinrichtung vorgesehen ist, um eine Bewegung der wenigstens einen optischen Komponente relativ zu dem Gehäuse zu dämpfen.
Kopflupe nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei die wenigstens eine bewegbare Komponente eine Komponente des Objektivsystems (17) ist.
Kopflupe nach Anspruch 6, wobei die wenigstens eine bewegbare Komponente die Austrittslinse (21) des Objektivsystems (17) ist.
Kopflupe nach Anspruch 6 oder 7, wobei die bewegbare Komponente (21) des Objektivsystems transversal zu der Hauptachse (13) des Objektivsystems (17) verlagerbar ist.
Kopflupe nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei Querschnittsflächen (25) der beiden Teilbündel (9) in einer Querschnittsfläche (23) des durch das Objektivsystem (17) abgebildeten Strahlenbündels (23) nicht überlappend nebeneinander angeordnet sind.
Kopflupe nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Objektivsystem (1) oder/und die Okularsysteme (19) für die Zuführung eines jeden Teilbündels (9) zu dem Auge (3) einen gefalteten Strahlengang bereitstellen.
Kopflupe nach Anspruch 10, wobei der gefaltete Strahlengang einen Bereich umfaßt, in dem die Strahlrichtung quer zur Richtung des von dem Objekt (11) ausgehenden Strahlenbündels verläuft.
Kopflupe nach Anspruch 10 oder 11, wobei der gefaltete Strahlengang einen Bereich umfaßt, in dem die Strahlrichtung entgegen der Richtung des von dem Objekt (11) ausgehenden Strahlenbündels verläuft.
Kopflupe nach Anspruch 10 oder 11, wobei der gefaltete Strahlengang einen Bereich umfaßt, in dem die Strahlrichtung antiparallel zu der Richtung des von dem Objekt (11) ausgehenden Strahlenbündels verläuft.
Kopflupe nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Okularsystem (19) eine Zoomeinrichtung (29, 31, 33) zur Änderung der Abbildungsvergrößerung der Kopflupe (1) aufweist.
Kopflupe nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Okularsysteme als zwei Kepler-Fernrohre (19) aufgebaut sind.
Kopflupe nach Anspruch 15, wobei der Strahlengang des Kepler-Fernrohrs (19) durch ein Porro-Prismensystem erster Art (35, 37) geführt ist.
Kopflupe nach Anspruch 16, wobei ein Objektiv (27) des Kepler-Fernrohrs (19) im Strahlengang zwischen zwei Halbwürfelprismen (35, 37) des Porro-Prismensystems erster Art angeordnet ist.
Kopflupe nach einem der Ansprüche 15 bis 17, wobei das Okularsystem (19) zwei Spiegelflächen (39, 41) aufweist, um den Strahlengang parallel zu versetzen.
Kopflupe nach Anspruch 18, wobei die beiden Spiegelflächen (39, 41) im Strahlengang zwischen einem Objektiv (27) des Kepler-Fernrohrs (19) und einem Okular (5) des Kepler-Fernrohrs (19) angeordnet sind.
Kopflupe nach einem der Ansprüche 1 bis 19, wobei die beiden Okularsysteme (19) wenigstens eine augenseitige Austrittslinse (5) aufweisen, von denen eine jede ein Teilbündel (9) des durch das Objektivsystem abgebildeten Strahlenbündels (23) einem Auge (3) eines Betrachters zuführt; und wobei die Kopflupe weiter umfasst: eine Objektivhalterung (49) für wenigstens die Eintrittslinse (15) das Objektivsystems (17) und eine Okularhalterung (51) für wenigstens die Austrittslinse (5) des Okularsystems (19); wobei die Okularhalterung (51) bezüglich der Objektivhalterung (49) schwenkbar derart gelagert ist, dass bei relativ zum Kopf des Betrachters fest angeordneter Objektivhalterung (49) die Okularhalterung (51) von einer Stellung zur Betrachtung des Objekts (11) durch die Kopflupe (1) in eine den direkten Blick vom Auge zum Objekt (11) freigebende Stellung schwenkbar ist.
Kopflupe nach Anspruch 20, ferner umfassend einen Motorantrieb zum Verschwenken der Okularhalterung (51) bezüglich der Objektivhalterung (49).