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Die
Erfindung betrifft ein Stereo-Mikroskopiesystem mit einer Beleuchtungseinrichtung,
welche insbesondere strukturierte Objekte, welche beispielsweise
einen tiefen Graben aufweisen, ausleuchten kann.
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Aus
DE 197 28 035 A1 ist
ein Stereo-Mikroskopiesystem bekannt, welches eine Beleuchtungseinrichtung
aufweist, um das zu beobachtende Objekt zu beleuchten. Es sind zwei
Beleuchtungslichtstrahlen vorgesehen, welche, bezogen auf eine optische
Achse des Objektivs, schräg
auf das Objekt zu verlaufen, weshalb bei strukturierten Objekten,
insbesondere Objekten mit tiefen Gräben oder Ausnehmungen, durch
die Beleuchtungslichtstrahlen Schatten geworfen werden, in deren
Bereich das Objekt durch das Objektiv vergleichsweise schlecht wahrnehmbar
ist.
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Die
Offenlegungsschrift
DE
197 28 035 A1 beschreibt ein Stereomikroskop mit schnittweitenabhängiger Schrägbeleuchtung,
wobei eine Neigung der Beleuchtungsrichtung auf das Objekt von der
am Objektiv eingestellten Schnittweite abhängig ist.
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Die
Patentschrift
DE 198
22 255 C2 beschreibt eine Beleuchtungsanordnung für ein Stereomikroskop
mit einem Zoomsystem und einem oder mehren Lichtleitern, an deren
Lichtaustrittsende jeweils eine Fokussierungsoptik angebracht ist,
wobei die Fokussierungseinrichtung so mit dem Zoomsystem gekoppelt
ist, daß die
in der Objektebene beleuchtete Fläche an die bei der eingestellten
Vergrößerung in
der Objektebene beobachtbare Fläche
angepaßt
ist.
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WO
03/057023 A1 beschreibt ein Beleuchtungssystem mit einer variablen
Schnittweite und einer einstellbaren numerischen Apertur zur Erzeugung
und Abbildung von Bestrahlungsmustern in einer frei einstellbaren
Objektebene.
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Die
europäische
Patentschrift
EP 1
109 046 B1 beschreibt ein Stereomikroskop mit einem quer zur
optischen Achse verschiebbaren Beleuchtungsspiegel, welcher vom
Anwender nahe den Beobachtungsstrahlengängen oder überlappend mit diesen plaziert
werden kann, damit der Anwender die für die konkrete Situation beste
Einstellung zwischen einem verbesserten Rotreflex und der Vermeidung
einer Vignettierung treffen kann.
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Die
Patentschrift
US 5,953,114 beschreibt ein
Mikroskop, dessen optische Einstellung mit einer Meßvorrichtung
bestimmt wird, indem ein Lichtstrahl durch ein optisches System
des Mikroskops geführt wird
und der Verlauf des Lichtstrahls nach dem Austritt aus dem optischen
System ausgewertet wird.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Stereo-Mikroskopiesystem
vorzuschlagen, welches eine Beleuchtungseinrichtung aufweist, welche
auch strukturierte Objekte vergleichsweise gleichmäßig ausleuchtet.
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Gemäß einem
Aspekt der Erfindung wird ein Stereo-Mikroskopiesystem vorgeschlagen, welches ein
Objektiv zur Überführung eines
von einer Objektebene des Objektivs ausgehenden objektseitigen Objektstrahlenbündels in
ein bildseitiges Bildstrahlenbündel
und ein Beleuchtungssystem zum Beleuchten des Objekts mit wenigstens
einem Beleuchtungslichtstrahl umfaßt. Das Beleuchtungssystem umfaßt wenigstens
eine optische Komponente zum Formen oder/und Richten des Beleuchtungslichtstrahls
hin zu dem Objekt derart, daß eine
Richtung des Beleuchtungslichtstrahls einstellbar ist, und das Beleuchtungssystem
umfaßt
weiter eine in einem Strahlengang des Beleuchtungslichtstrahls vor
dem Objekt letzte optische Komponente des Beleuchtungssystems. Hierbei
können
die optische Komponente zum Formen oder/und Richten des Beleuchtungslichtstrahls
und die im Strahlengang letzte Komponente als eine gemeinsame Komponente
realisiert sein. Die im Strahlengang des Beleuchtungslichtstrahls
letzte optische Komponente des Beleuchtungssystems kann oberhalb
oder unterhalb des Objektivs angeordnet sein. Die im Strahlengang
des Beleuchtungslichtstrahls letzte Komponente ist ferner mit einem
Abstand von einer optischen Achse des Objektivs angeordnet.
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Unter
diesem Aspekt zeichnet sich das Stereo-Mikroskopiesystem aus durch
ein mit dem Objektiv gekoppeltes Abstandsmeßsystem, welches einen Abstand
zwischen dem Objektiv und dem untersuchten Objekt mißt, wobei
ein Ort des Objekts, an dem die Abstandsmessung vorgenommen wird,
mit Abstand von der optischen Achse des Objektivs angeordnet ist.
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Ferner
ist ein Steuersystem vorgesehen, welches in Abhängigkeit von dem gemessenen
Abstand zwischen dem Objektiv und dem Objekt die Richtung des Beleuchtungslichtstrahls ändert.
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Diese
Ausgestaltung des Beleuchtungssystems ist insbesondere dann vorteilhaft,
wenn ein Objekt mit einer tiefen, engen Ausnehmung untersucht wird.
Herkömmlicherweise
sind nämlich
die Beleuchtungslichtstrahlen eines Stereo-Mikroskopiesystems auf
die Objektebene des Objektivs gerichtet, und zwar derart, daß ein durch
die Beleuchtungslichtstrahlen ausgeleuchtetes Feld bezüglich der
optischen Achse des Objektivs zentriert ist. Bei der Beobachtung
einer engen tiefen Ausnehmung des Objekts fällt die Objektebene beispielsweise
mit einem Boden der Ausnehmung zusammen. Wären bei einem solchen Objekt
die Beleuchtungslichtstrahlen zentral auf die Objektebene gerichtet,
würde eine
die Ausnehmung umgebende Oberfläche
des Objekts eventuell einen Eintritt der Beleuchtungslichtstrahlen in
die Ausnehmung verhindern, so daß der Boden derselben nicht
ausreichend beleuchtet wäre
und die Beobachtungsbedingungen erschwert wären.
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Indem
der Abstandssensor nun den Abstand zwischen Objektiv und Objekt
an einem Ort mißt,
der mit einem vorbestimmten Abstand von der optischen Achse des
Objektivs angeordnet ist, wird durch das Abstandsmeßsystem
somit der Abstand zwischen dem Objektiv und der die Ausnehmung umgebenden Oberfläche des
Objektivs gemessen. Dann werden die Beleuchtungslichtstrahlen auf
die Ebene der Oberfläche
des Objekts gerichtet, und zwar zentriert bezüglich der optischen Achse,
so daß der
obere Eintrittsquerschnitt der Ausnehmung beleuchtet wird und eine
vergleichsweise große
Lichtmenge in die Ausnehmung eintritt. Somit ist auch der tatsächlich beobachtete
Boden der Ausnehmung gut beleuchtet.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform ist
das Steuersystem ferner dazu ausgebildet, einen Durchmesser eines
Strahlquerschnitts des Beleuchtungslichtstrahls in Abhängigkeit
von dem Abstandssignal einzustellen. Damit ist es möglich, bei
einem hin zu dem Objekt divergent auseinanderlaufenden (oder konvergent
zusammenlaufenden) Beleuchtungslichtstrahl auch bei Änderungen
des Abstands des Objektivs zum Objekt einen im wesentlichen unveränderten
Bereich auf der Oberfläche
des Objekts und damit den Öffnungsquerschnitt
der Ausnehmung mit hoher Intensität zu beleuchten.
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Unter
einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Stereo-Mikroskopiesystem
bereitgestellt, welches ein Objektiv, ein Stereo-Strahlführungssystem und
ein Beleuchtungssystem aufweist.
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Das
Objektiv führt
ein objektseitiges in ein bildseitiges Strahlenbündel über, und das Stereo-Strahlführungssystem
greift aus dem bildseitigen Strahlenbündel einen linken Beobachtungsstrahl
und einen rechten Beobachtungsstrahl durch eine linke bzw. rechte
Optik heraus, um den linken und den rechten Beobachtungsstrahl schließlich einem
linken bzw. rechten Okular des Mikroskopiesystems zuzuführen. Eine
Anordnung von Querschnitten des linken und des rechten Beobachtungsstrahls
in dem Bildstrahlenbündel
ist hierbei änderbar,
beispielsweise durch Verdrehen der Okulare bzw. der linken und rechten
Optik gemeinsam in Umfangsrichtung um die optische Achse des Objektivs
oder beispielsweise durch eine Änderung
einer Vergrößerung der
linken und rechten Optik, beispielsweise durch ein darin enthaltenes
Zoomsystem, was ebenfalls zu einer Änderung der Größe des Querschnitts
des linken und rechten Beobachtungsstrahls in dem bildseitigen Strahlenbündel führt.
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Das
Beleuchtungssystem weist wiederum eine in einem Strahlengang des
Beleuchtungssystems letzte optische Komponente zum Formen oder/und
Richten des Beleuchtungsstrahls hin zu dem Objekt auf. Diese im
Strahlengang letzte Komponente ist in ein bezüglich der optischen Achse des Objektivs
quer orientierten Ebene verlagerbar. Hierdurch ist es insbesondere
möglich,
eine Richtung des Beleuchtungslichtstrahls bezüglich der optischen Achse des
Objektivs einzustellen und insbesondere im Hinblick auf eine gute
Ausleuchtung von engen und tiefen Ausnehmungen diesen Winkel zu
reduzieren, und zwar indem die in dem Strahlengang des Beleuchtungslichtstrahls
letzte optische Komponente nahe an die optische Achse des Objektivs
hin verlagert wird.
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Bei
einer Verlagerung zu nahe hin zu der optischen Achse des Objektivs
jedoch führt
diese im Strahlengang des Beleuchtungslichtstrahls letzte optische
Komponente zu einer Abschattung bzw. Vignettierung der Beobachtungslichtstrahlen,
was zu einer Störung
des von dem Benutzer wahrgenommenen Abbilds des Objekts führt.
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Entsprechend
weist das Stereo-Mikroskopiesystem ein Steuersystem zum Ändern eines
Ortes der verlagerbaren optischen Komponente in der quer zur optischen
Achse orientierten Ebene auf, und zwar in Abhängigkeit von einer Einstellung
der An ordnung des linken und des rechten Beobachtungsstrahls bezüglich des
Bildstrahlenbündels,
wobei die Verlagerung derart vorgenommen wird, daß die verlagerbare optische
Komponente den linken bzw. rechten Beobachtungsstrahl im wesentlichen
nicht abschattet.
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Hierdurch
ist ein im wesentlichen automatisch arbeitendes Stereo-Mikroskopiesystem
geschaffen, welches dem Benutzer die Freiheit läßt, eine Vergrößerung des
Systems bzw. seiner Umfangsposition um die optische Achse frei zu
verlagern, und welches gleichwohl einen Winkel des Beleuchtungslichtstrahls
zur optischen Achse so klein wie möglich halten kann, um eine
Beeinträchtigung der
Beobachtung zu vermeiden.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform ist
die verlagerbare optische Komponente des Beleuchtungssystems bezüglich der
optischen Achse radial verlagerbar, wobei es weiter bevorzugt ist,
daß die
verlagerbare optische Komponente in ihrer radial innersten Stellung
bezüglich
der optischen Achse einen Abstand von dieser aufweist, welcher kleiner
als 2 cm und vorzugsweise kleiner als 1 cm ist. Hierbei ist es weiter
bevorzugt, daß die
verlagerbare optische Komponente bezüglich des Objektivs soweit
nach radial innen verlagerbar ist, daß sie von der optischen Achse
durchsetzt ist.
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Ferner
ist die verlagerbare optische Komponente in eine Stellung derart
verlagerbar, daß,
gesehen in Projektion auf die Objektebene, ein Rand des Objektivs
mit der verlagerbaren optischen Komponente überlappt.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
ist eine Umfangsposition der linken und der rechten Vergrößerungsoptik
um die optische Achse des Objektivs änderbar, und die verlagerbare
optische Komponente ist wenigstens in Umfangsrichtung um die optische
Achse verlagerbar.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
sind mehrere Beleuchtungslichtstrahlen bereitgestellt, in deren
Strahlengängen
jeweils eine letzte optische Komponente angeordnet ist. Die somit
mehreren letzten optischen Komponenten sind jeweils in der Ebene
des Objektivs verlagerbar, um einerseits möglichst nahe an die optische
Achse heranzukommen und andererseits eine Abschattung bzw. Vignettierung
der auch für
mehrere Benutzer durch das Mikroskopiesystem geführten linken Beobachtungsstrahlen
und rechten Beobachtungsstrahlen zu vermeiden.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Stereo-Mikroskopiesystem bereitgestellt, welches
ein Objektiv und ein Beleuchtungssystem zum Beleuchten des Objekts
mit wenigstens einem Beleuchtungslichtstrahl aufweist. Auch dieser
Beleuchtungslichtstrahl weist eine in seinem Strahlengang letzte
optische Komponente zum Formen oder/und Richten des Beleuchtungslichtstrahls
hin zu dem Objektiv auf. Diese letzte optische Komponente ist innerhalb
des von dem Objekt ausgehenden und in das Objektiv eintretenden
objektseitigen Strahlenbündels
angeordnet, wobei ein Träger
für diese
letzte optische Komponente im Strahlengang des Beleuchtungslichtstrahls
durch eine Linse des Objektivs oder durch einen hiervon separaten
Träger
aus einem durchsichtigen Material gebildet ist.
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Die
in dem Strahlengang des Beleuchtungslichtstrahls letzte optische
Komponente ist vorzugsweise ein Spiegel oder ein Prisma oder dergleichen.
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Es
ist somit möglich,
daß der
Beleuchtungslichtstrahl unter einem besonders kleinen Winkel zur optischen
Achse hin zu der Objektebene verläuft und gegebenenfalls auch
entlang der optischen Achse hin zu der Objektebene verläuft, wobei
die hierzu notwendige letzte optische Komponente im Strahlengang
des Beleuchtungslichtstrahls derart in dem objektseitigen Strahlenbündel getragen
ist, daß eine Beeinträchtigung
des beobachteten Bildes durch Abschattung und Vignettierung im wesentlichen
nicht auftritt. Der hierzu notwendige Träger ist nämlich selbst durchsichtig.
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Unter
einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Stereo-Mikroskopiesystem
bereitgestellt, welches ein Objektiv und ein Beleuchtungssystem
aufweist, welches zwei verschiedene Arten von Beleuchtungslichtstrahlen
hin zu der Objektebene richtet. Eine erste Art von Beleuchtungslichtstrahl
verläuft
unter einem vergleichsweise großen
Winkel zur optischen Achse des Objektivs auf die Objektebene zu
und dient vorzugsweise dazu, die Objektebene großflächig mit hoher Bestrahlungsleistung/hohem Lichtfluß auszuleuchten.
Eine zweite Art von Beleuchtungslichtstrahl läuft unter einem vergleichsweise
kleinen Winkel zur optischen Achse auf die Objektebene zu und dient
vorzugsweise dazu, enge tiefe Ausnehmungen mit hoher Beleuchtungsstärke/Leuchtdichte
auszuleuchten, so daß die
zweite Art von Beleuchtungslichtstrahl lediglich ein vergleichsweise
kleines Feld in der Objektebene auszuleuchten hat und sich die für die zweite
Art von Beleuchtungsstrahl benötigte
Beleuchtungsstärke
in Grenzen hält.
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Das
Beleuchtungssystem umfaßt
ferner eine Lichtquelle, welche mit Abstand von dem Objektiv angeordnet
ist und wenigstens ein Lichtleitfaserbündel, um von der Lichtquelle
emittiertes Licht in eine Nähe des
Objektivs zu einem Abstrahlort zu trans portieren, wobei für den Beleuchtungslichtstrahl
der ersten Art ein Abstrahlort für
das aus dem Lichtleitfaserbündel austretende
Licht vorgesehen ist, der von einem Abstrahlort für das aus
dem Lichtleitfaserbündel
austretende Licht, welches die zweite Art von Beleuchtungslichtstrahl
bildet, verschieden ist.
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Unter
diesem Aspekt zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, daß zum Transport
des Lichts für den
Beleuchtungslichtstrahl erster Art Lichtleitfasern vergleichsweise
hoher numerischer Apertur eingesetzt werden und für den Transport
von Licht für
den Beleuchtungslichtstrahl der zweiten Art Lichtleitfasern niedriger
numerischer Apertur vorgesehen sind.
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Die
numerische Apertur der Lichtleitfasern hoher numerischer Apertur
sind abgestimmt auf eine Optik des Beleuchtungssystems derart, daß diese Lichtleitfaser
auch das Licht mit einer ausreichenden numerischen Apertur hin zu
dem Abstrahlort transportieren, so daß der Beleuchtungslichtstrahl
erster Art mit einer ausreichenden Divergenz zur Ausleuchtung des
gesamten Objektfelds des Mikroskopiesystems transportiert werden
kann. Für
die Bereitstellung des Beleuchtungslichtstrahls der zweiten Art
ist eine solch hohe Divergenz des Beleuchtungslichtstrahls nicht
vorgesehen, so daß die
entsprechende Optik des Beleuchtungssystems Beleuchtungslicht, welches
zu dem Abstrahlort für
den Beleuchtungslichtstrahl zweiter Art mit Fasern hoher numerischer Apertur
transportiert werden würde,
nicht verarbeiten kann. Dieses gewissermaßen überflüssige Licht würde dann
in dieser Optik Streustrahlung erzeugen. Somit bietet der Einsatz
von Lichtleitfasern niedriger numerischer Apertur zur Zuführung des
Lichts für
den Beleuchtungslichtstrahl der zweiten Art eine wirksame Möglich keit,
dieses "überschüssige" Licht aus dem Strahlengang
des Beleuchtungssystems zu entfernen.
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Gemäß einer
Ausführungsform
sind die Fasern hoher numerischer Apertur und die Fasern niedriger
numerischer Apertur in einem Bereich nahe der Lichtquelle zu einem
gemeinsamen Faserbündel
zusammengefaßt,
so daß ein
Eintrittsquerschnitt für beide
Arten von Lichtleitfasern ein gemeinsamer Querschnitt ist, welcher
von der Lichtquelle einfach auszuleuchten ist. Dabei sind die Fasern
mit niedriger numerischer Apertur bevorzugt im Zentrum des Faserbündels angeordnet,
so daß sie
von der Lichtquelle so beleuchtet werden, daß sie einen Abstrahlbereich
mit möglichst
hoher Beleuchtungsstärke
erfassen.
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Ausführungsformen
der Erfindung werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Hierbei
zeigt
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1 eine
schematische Darstellung eines Strahlengangs durch ein Stereo-Mikroskopiesystem für zwei Beobachter
mit quer orientierten Zoomsystemen,
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2 eine
weitere schematische Darstellung des in 1 gezeigten
Strahlengangs,
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3 eine
perspektivische Detailansicht eines Strahlengangs durch das Zoomsystem
des Mikroskopiesystems der 1,
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4 eine
schematische Teilansicht eines Stereo-Mikroskopiesystems mit einem in Abhängigkeit
von einem Abstand zwischen Objektiv und Objekt änderbaren Beleuchtungsstrahlengang,
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5 eine
Seitenansicht eines Stereo-Mikroskopiesystems, wobei eine optische
Komponente eines Beleuchtungssystems verlagerbar ist,
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6 eine
schematische Teilansicht in Draufsicht auf eine Ebene des Objektivs
des in 5 gezeigten Stereo-Mikroskopiesystems,
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7 eine
schematische Teilansicht eines Stereo-Mikroskopiesystems in Draufsicht auf
eine Ebene des Objektivs, wobei eine optische Komponente eines Beleuchtungssystems
verlagerbar ist,
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8 eine
Teilansicht eines Stereo-Mikroskopiesystems mit einem Beleuchtungssystem
mit einer optischen Komponente, welche unterhalb eines Objektivs
angeordnet ist,
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9 eine
Variante des in 8 gezeigten Stereo-Mikroskopiesystems,
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10 eine
Teilansicht eines Stereo-Mikroskopiesystems mit einem Beleuchtungssystem,
welches Lichtleitfasern mit unterschiedlicher numerischer Apertur
einsetzt, und
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11 eine
schematische Ansicht des Lichtleitfaserbündels und der Lichtquelle des
Beleuchtungssystems von 10.
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In
den 1 bis 3 sind Strahlengänge eines
Stereo-Mikroskopiesystems 1 für zwei Beobachter
schematisch darge stellt. Das Stereo-Mikroskopiesystem 1 umfaßt ein Objektiv 3 mit
einem Gehäuse 5,
in welchem mehrere Objektivlinsen 7 aufgenommen sind. Die
Objektivlinsen 7 empfangen ein von einer Objektebene 9 des
Objektivs 3 ausgehendes objektseitiges Strahlenbündel 11 und
führen
dieses in ein bildseitiges Strahlenbündel 13 über. Das aus
dem Objektiv 3 austretende bildseitige Strahlenbündel 13 tritt
in eine Strahlteileranordnung 15 ein. Die Strahlteileranordnung
umfaßt
eine untere Baugruppe 17, in welche das bildseitige Strahlenbündel 13 nach
seinem Austritt aus dem Objektiv 3 zunächst eintritt. Die untere Baugruppe 17 umfaßt ein Gehäuse 19,
welches relativ zu dem Gehäuse 5 des
Objektivs 3 um eine optische Achse 21 des Objektivs
verdrehbar ist. In dem Gehäuse 19 der
unteren Baugruppe 17 ist ein Bauernfeind-Prisma 23 mit
einer dem Objektiv 3 zugewandten Eintrittsfläche 25,
welche orthogonal zur optischen Achse 21 ausgerichtet ist.
Das Bauernfeind-Prisma 23 weist eine schräg zur optischen
Achse orientierte halbdurchlässige
Prismenfläche 27 auf,
welche das bildseitige Strahlenbündel
aufteilt, und zwar in ein von der halbdurchlässigen Fläche 27 reflektiertes
erstes Benutzer-Bildstrahlenbündel 29 und
ein die halbdurchlässige
Spiegelfläche
durchsetzendes zweites Benutzer-Bildstrahlenbündel 31.
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Das
von der Spiegelfläche 27 reflektierte
erste Benutzer-Bildstrahlenbündel 29 wird
weiter von der Eintrittsfläche 25 des
Bauernfeind-Prismas 23 total reflektiert, auf welche das
erste Benutzer-Bildstrahlenbündel
schräg
auftritt. Daraufhin tritt das erste Benutzer-Bildstrahlenbündel aus
dem Bauernfeind-Prisma 23 über eine
Austrittsfläche 33 desselben
aus. Hierbei tritt das erste Benutzer-Bildstrahlenbündel 29 aus
dem Bauernfeind-Prisma 23 in eine Richtung 35 aus,
welche unter etwa 45° zur
optischen Achse orientiert ist.
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Nach
seinem Austritt aus der Strahlteileranordnung 15 tritt
das erste Benutzer-Bildstrahlenbündel 29 in
ein erstes Paar von Zoomsystemen 37 ein, welches eine Hauptachse 39 aufweist,
die unter einem Winkel α von
90° zur
Richtung 35 orientiert ist, wobei in 2 aus
Platzgründen
für den
Winkel α hilfsweise
der gleichgroße
Scheitelwinkel eingezeichnet ist. Nach dem Durchlaufen der Zoomsysteme 37 werden
die Benutzer-Bildstrahlenbündel wieder
derart umgelenkt, daß sie
wieder in Richtung 35 verlaufen und in eine Tubusanordnung 41 eintreten, welche
die Bildstrahlenbündel
schließlich
Okularen 43 zuführen,
in welche ein erster Benutzer mit seinen Augen 45 Einblick
nimmt.
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Die
Anordnung aus den Zoomsystemen 37 und den Tuben 41 ist
um die Achse 34 verdrehbar. Die 1 und 2 zeigen
zwei Drehstellungen dieser Anordnung vor und nach einer Drehung
um 90°.
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In 2 sind
Komponenten dieser Anordnung, welche zu einem Strahlengang gehören, in
die der Benutzer mit einem linken Auge 45l Einblick nimmt,
mit dem Index l versehen und die entsprechenden Komponenten des
anderen Strahlengangs, in den die der Benutzer mit seinem Auge 45r Einblick nimmt,
mit dem Index r versehen.
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Die
Tuben 41 umfassen mehrere Gruppen von reflektierenden Flächen 47,
welche die Strahlengänge
mehrfach umlenken, um die übliche
Verschwenkbarkeiten eines Tubus, unter anderem zur Anpassung an
einen Augenabstand des Benutzers, zu erlauben. Auch sind zwischen
jeweils zwei Paaren von Umlenkern 47 eines jeden Tubus 41 zusätzliche Schwenkmöglichkeiten
um jeweils eine Achse 48 gegeben (2).
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3 zeigt
eine perspektivische Detailansicht eines der beiden Zoomsysteme 37r, 37l.
Das aus dem Bauerfeind-Prisma 23 austretende Benutzer-Bildstrahlenbündel 29 wird
zunächst
durch ein Umlenkprisma 51 in Richtung der Achse 39 umgelenkt
und durchläuft
dann vier linke Baugruppen 52, 53, 54, 55 des
Zoomsystems 37. Von diesen vier Linsenbaugruppen 52, 53, 54, 55 sind
die beiden Linsenbaugruppen 53 und 54 entlang
der Achse 39 durch einen Antrieb 57 verlagerbar,
welcher selbst und dessen Kopplung an die Linsenbaugruppen 53 und 54 in 3 lediglich
stark schematisiert dargestellt ist.
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Die
Achsen 39l und 39r des linken bzw. rechten Zoomsystems 37l, 37r sind
mit Abstand voneinander angeordnet, und für beide Zoomsysteme 37l, 37r ist
ein gemeinsamer Antrieb 57 vorgesehen, um die entlang der
Achse 39l bzw. 39r verlagerbaren optischen Baugruppen 53l, 53r, 54l, 54r gemeinsam
zu verlagern.
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Nach
Durchlaufen der Baugruppen 53, 54, 55 des
Zoomsystems 37 wird das Benutzer-Bildstrahlenbündel 29 durch
zwei 90°-Umlenkprismen 61, 62 um
insgesamt 180° umgelenkt,
so daß es
wieder parallel zur Achse 39 auf die Achse 35 zu
verläuft.
In einem Strahlengang des Benutzer-Bildstrahlenbündels 29 nach Durchlaufen
der Umlenkprismen 61, 62 ist ein Strahlteilerwürfel 63 angeordnet,
welcher dazu eingesetzt werden kann, aus dem Benutzer-Bildstrahlenbündel 29l sowohl
ein Teilstrahlenbündel
auszukoppeln, um dieses beispielsweise einer in 3 nicht
dargestellten Kamera zuzuführen, als
auch dem Benutzer-Bildstrahlenbündel 29 ein Teilstrahlenbündel zu überlagern,
welches beispielsweise von einem Anzeigemodul, wie etwa einer LCD-Anzeige,
ausgeht, um für
den Benutzer in das Bild des Objekts ein weiteres Bild einzukoppeln,
um Daten oder andere Darstellungen oder dergleichen darzustellen.
Nach Durchlaufen des Strahlteilerwürfels durchläuft das
Benutzer-Bildstrahlenbündel 20 eine
Tubusoptik aus einer Tubuslinse 64l und einer Negativlinse 65l.
Die Tubuslinse 64l ist hierbei zwischen dem Strahlteilerwürfel 63l und
einem ersten Umlenkprisma 471 des
Tubus angeordnet, und die Negativlinse 65 ist zwischen
zwei aufeinander folgenden Umlenkprismen 47l der Tubusoptik
angeordnet.
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Das
die halbdurchlässige
Spiegelfläche 27 des
Bauernfeind-Prismas 23 durchsetzende
Benutzer-Bildstrahlenbündel 31 tritt
in einen auf die halbdurchlässige
Spiegelfläche 27 aufgeklebten
Prismenkeil 71 ein, welcher den gleichen Brechungsindex
aufweist, wie das Bauerfeind-Prisma 25, so daß das Benutzer-Bildstrahlenbündel 31 den
Keil 71 geradlinig durchsetzt und aus diesem über eine
Austrittsfläche 73 austritt.
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Daraufhin
tritt das Benutzer-Bildstrahlenbündel 31 in
die obere Baugruppe 37', 41' der Strahlteileranordnung 15 ein,
und zwar in ein Bauernfeind-Prisma 75, welches in einem
Gehäuse 77 aufgenommen
ist, welches um die optische Achse 21 relativ zu dem Gehäuse 19 der
unteren Baugruppe 17 verdrehbar ist. Das Benutzer-Bildstrahlenbündel 31 wird
von einer schräg
zur optischen Achse 21 orientierten Prismenfläche 79 totalreflektiert
und daraufhin an der Eintrittsfläche 80 des
Bauernfeind-Prismas 75 totalreflektiert, woraufhin es über eine
Austrittsfläche 81 aus
diesem austritt. Daraufhin tritt das Benutzer-Bildstrahlenbündel 31 in
ein weiteres Paar Zoomsysteme 37' ein, welche einen im wesentlichen
gleichen Aufbau aufweisen, wie das Paar Zoomsysteme, welches vorangehend
im Zusammenhang mit dem Benutzer-Bildstrahlenbündel 29 bereits beschrieben wurde.
Nach Durchlaufen des Paars Zoomsysteme 37' wird das Benutzer-Bildstrahlenbündel 31 über den
Tubus 47' Augen 45' des zweiten
Benutzers zugeführt.
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Die
beiden Zoomsysteme 37' für die Strahlenbündel 29 bzw. 31 unterscheiden
sich dahingehend, daß die
Zoomsysteme bezüglich
der optischen Achse 21 verschieden orientiert sind, und
das Zoomsystem 37 für
das Benutzer-Teilstrahlenbündel 29 nach
unten "hängt" und das Zoomsystem 37' für das Benutzer-Teilstrahlenbündel 31 nach
oben "steht". Insbesondere sind
die Umlenkprismen 61', 62' als am weitesten
von der Achse 34 beabstandete Komponenten der Zoomsysteme
für das
Bildstrahlenbündel 29 unterhalb
der Strahlteileranordnung 15 angeordnet und für das Zoomsystem 37' für das Bildstrahlenbündel 31 oberhalb
der Strahlteileranordnung 15. Hierdurch ist es möglich, die
obere Baugruppe 37', 41' mit dem Bauernfeind-Prisma 75 um
die optische Achse 21 herum sehr weit zu verdrehen, ohne
daß ein
Ineinandergreifen der beiden Zoomsystempaare 37, 37' eine frühzeitige
Blockierung der Verdrehung bewirkt.
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4 ist
eine weitere schematische Teilansicht des in den 1 bis 3 dargestellten
Stereo-Mikroskopiesystems 1.
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4 zeigt
Details eines Beleuchtungssystems 101 des Stereo-Mikroskopiesystems 1,
wobei Details des Beleuchtungssystems in den 1 bis 3 der Übersichtlichkeit
halber weggelassen sind. In einer in 4 dargestellten
Situation wird ein Boden 105 einer Ausnehmung 107 in
einem Objekt 103 beobachtet. Damit fällt der Boden 105 der
Ausnehmung 107 mit der Objektebene 9 des Objektivs 7 zusammen.
Die Ausnehmung 107 kann beispielsweise ein in einer Schädeldecke 109 eines
Patienten eingebrachter Kanal sein. Ein Abstand zwischen dem Objektiv 7 und
dem Boden 105 der Ausnehmung 107 wird als Arbeitsabstand
A bezeichnet. Die Beleuchtungseinrichtung 101 stellt zwei
Beleuchtungslichtstrahlen 110 bereit, welche jeweils einen
zentralen Hauptstrahl 111 aufweisen, welcher die optische Achse 21 des
Objektivs 7 in einer Ebene der Schädeldecke 109 schneidet.
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Eine
Ausdehnung der beiden Beleuchtungslichtstrahlen 110 in
der Ebene der Schädeldecke 109 ist
so groß gewählt, daß die Strahlen
die Öffnung
der Ausnehmung 107 in der Ebene der Schädeldecke 109 vollständig ausleuchten.
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Die
Beleuchtungslichtstrahlen 110 werden jeweils erzeugt durch
eine Lichtquelle 113 mit einem Reflektor 115 und
eine Kollimationsoptik 117, deren Komponenten relativ zueinander
mittels eines Antriebs 124 verlagerbar sind, um eine Divergenz
des Beleuchtungslichtstrahls 110 einzustellen, um eine Größe des beleuchteten
Feldes zu variieren. Nach Durchlaufen der Kollimationsoptik 117 treffen
die Lichtstrahlen 110 auf einen Spiegel 119, welcher
neben dem Objektiv angeordnet ist und die Strahlen hin zu dem Objekt 103 umlenkt.
Ein Neigungswinkel des Spiegels 119 ist über einen
Antrieb 121 einstellbar, so daß der Ort entlang der optischen
Achse 21 des Objektivs 7 einstellbar ist, an dem
der Zentralstrahl 111 des jeweiligen Beleuchtungsstrahls 110 die
Ebene der Schädeldecke 109 schneidet.
Die Ansteuerung der Antriebe 121 erfolgt über eine
Steuerung 123 in Abhängigkeit
von einem gemessenen Abstand B zwischen dem Objektiv 7 und
der Schädeldecke 109. Zur
Messung des Abstands B ist ein Meßsystem 124 vorgesehen,
welches einen fokussierten Lichtstrahl 127 hin zu dem Objekt 103 aussendet
und ein Bild eines von dem Lichtstrahl 127 auf dem Objekt
erzeugten Lichtflecks 129 analysiert. Aus der Größe des entstehenden
Lichtflecks 129 kann die Steuerung 123 einen Wert
des Abstands B ermitteln. In Abhängigkeit
von dem Abstand B stellt dann die Steuerung 123 einen Winkel
des Umlenkspiegels 119 zum von der Kollimationsanordnung 117 her
auftreffenden Beleuchtungslichtstrahl 110 derart ein, daß der Zentralstrahl 111 des
Beleuchtungslichtstrahls 110 die optische Achse 21 in
einem Abstand B von dem Objektiv 7, also in der Ebene der
Schädeldecke 109,
schneidet. Damit ist der Eingangsquerschnitt der Öffnung 107 optimal
mit Beleuchtungslicht ausgeleuchtet, so daß auch genügend Beleuchtungslicht auf
den Boden 105 der Ausnehmung 107 trifft, unter
anderem aufgrund von Oberflächenreflexion
an einer Innenwand der Ausnehmung 107. Hierzu ist es wesentlich, daß der fokussierte
Meßlichtstrahl 127 den
Fleck 129 mit einem Abstand C von der optischen Achse 21 erzeugt,
so daß die
Messung des Abstands B an der Schädeldecke vorgenommen wird und
nicht etwa an dem Boden 105 der Ausnehmung 107,
welche in dem Arbeitsabstand A des Objektivs von diesem angeordnet
ist.
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Ein
Durchmesser D der in die Schädeldecke 109 einzubringenden Öffnung kann
beispielsweise vor dem operativen Eingriff in die Steuerung 123 eingegeben
werden. Die Steuerung 123 stellt dann über die Antriebe 124 die
Divergenz der Lichtstrahlen 110 derart ein, daß die Öffnung mit
dem Durchmesser D in der Ebene der Schädeldecke 109 vollständig ausgeleuchtet
ist. Die Einstellung erfolgt ebenfalls in Abhängigkeit von dem gemessenen
Abstand D zwischen Objektiv und Schädeldecke 109, so daß auch bei Änderungen
des Arbeitsabstands A die vollständige
Ausleuchtung der Öffnung
in der Ebene der Schädeldecke 109 beibehalten
bleibt.
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Nachfolgend
werden Varianten der anhand der 1 bis 4 erläuterten
Ausführungsform dargestellt.
Hierbei sind Komponenten, die hinsichtlich ihres Aufbaus oder ihrer
Funktion Komponenten der 1 bis 4 entsprechen,
mit den gleichen Bezugsziffern, zur Unterscheidung jedoch mit einem zusätzlichen
Buchstaben versehen. Hierbei wird auf die gesamte vorangehende Beschreibung
Bezug genommen.
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5 ist
eine teilweise schematische Seitenansicht eines Stereo-Mikroskopiesystems 1a,
wobei lediglich für
die Erläuterung
der Ausführungsform wesentliche
Komponenten dargestellt sind.
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Das
Stereo-Mikroskopiesystem 1a umfaßt ein Objektiv 3a mit
einer der Objektebene des Objektivs 3a zugewandten vorderen
Linsenbaugruppe 7a und einer optischen Achse 21a.
Das Objektiv 3a führt ein
von dem Objekt ausgehendes objektseitiges Strahlenbündel 11a in
ein bildseitiges Strahlenbündel 13a über. In
dem bildseitigen Strahlenbündel 13a ist ein
paarweise ausgebildetes Zoomsystem 37a angeordnet, von
dem lediglich eine dem Objektiv 3a am nächsten angeordnete Zoomlinse 53a dargestellt
ist.
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Ein
jedes der beiden Zoomsysteme 37a greift aus dem bildseitigen
Strahlenbündel 13a ein Teilstrahlenbündel 29a heraus,
welches dem Okular des Mikroskopiesystems zugeführt wird. In 5 ist das
Teilstrahlenbündel 29a für eine mittlere
durch das Zoomsystem 37a einstellbare Vergrößerung in durchgezogener
Linie dargestellt. Bei Änderungen der
durch das Zoomsystem 37a eingestellten Vergrößerung ändern sich
auch Verläufe
der Teilstrahlenbündel 29a,
wie dies in 5 für ein Teilstrahlenbündel 29a' in gestrichelten
Linien dargestellt ist, welches sich bei einer größeren Vergrößerung als
der mittleren Vergrößerung ergibt,
und wie dies in 5 mit einem Teilstrahlenbündel 29a'' dargestellt ist, welches sich
bei einer kleineren Vergrößerung als
der mittleren Vergrößerung ergibt.
Verlängerungen
der Teilstrahlenbündel 29a, 29a' und 29a'' in einen Bereich zwischen dem
Objektiv 3a und der Objektebene sind in 5 mit 30a, 30a' und 30a'' bezeichnet.
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Ein
Beleuchtungssystem 101a umfaßt eine Strahlungsquelle 113a,
einen Reflektor 115a, ein Kollimationslinsensystem 117a und
einen Umlenkspiegel 119a, welcher zwischen dem Objektiv 3a und
der Objektebene knapp unterhalb der Frontlinse 7a des Objektivs
an einem Gestänge 131 aufgehängt ist. Der
Umlenkspiegel 119 lenkt den von dem Kollimationslinsensystem 117a erzeugten
Beleuchtungslichtstrahl zu der Objektebene hin um.
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Das
Beleuchtungssystem umfaßt
ferner einen Antrieb 133 zur Verlagerung des Gestänges in einer
Radialrichtung bezüglich
der optischen Achse 21a, so daß auch der von dem Gestänge 131 getragene
Umlenkspiegel 119a in verschiedenen Radialpositionen bezüglich der
optischen Achse 21a unterhalb der Frontlinse 7a des
Objektivs 3a anordenbar ist. Die Ansteuerung des Antriebs 133 erfolgt
durch eine Steuerung 135, welcher ein Wert M einer eingestellten
Vergrößerung des
Zoomsystems 37a zugeführt
wird. In Abhängigkeit
von der eingestellten Vergrößerung wird
der Antrieb 133 derart angesteuert, daß der Umlenkspiegel 119a so
weit wie möglich nahe
der optischen Achse 21a angeordnet ist ohne hierbei zu
einer Abschattung der bildseitigen Teilstrahlenbündel 29a, welche den
Okularen des Stereo-Mikroskopiesystems 1 zugeführt werden,
zu führen.
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6 zeigt
die Anordnung der Teilstrahlenbündel 29a und
des Umlenkspiegels 19a in einer in 5 dargestellten
Ebene VI-VI. In 6 ist
in durchgezogenen Linien das bildseitige Strahlenbündel 11a dargestellt
sowie die Strahlenbündel 30a, welche
Verlängerungen
der von den Zoomsystemen 37a herausgegriffenen Strahlenbündel 29a bei
mittlerer Vergrößerung des
Zoomsystems 37a hin zu dem Objekt sind. In durchgezogenen
Linien ist dann in 6 auch weiter der Umlenkspiegel 19a in
seiner Position möglichst
dicht an der optischen Achse 21a dargestellt, ohne hierbei
jedoch die Querschnitte der Strahlenbündel 30a zu berühren. In
gestrichelten Linien sind ferner die Strahlenbündel 30a' dargestellt, welche
sich bei einer ersten, beispielsweise kleineren, Vergrößerung der
Zoomsysteme 37a ergeben. Diese Strahlenbündel 30a' sind im Vergleich
zu den Strahlenbündeln 30a bei
mittlerer Vergrößerung größer. Entsprechend
ist der Umlenkspiegel 19a weiter entfernt von der optischen
Achse 21a angeordnet, wie dies in 6 mit gestrichelten
Linien als Spiegel 119a' dargestellt
ist, um diese Strahlenbündel 30a' nicht abzuschatten.
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In
gestrichelten Linien sind in 6 ebenfalls die
Strahlenbündel 30a'' eingezeichnet, welche sich bei
einer zweiten, beispielsweise größeren, Vergrößerung der
Zoomsysteme 37a ergeben. Die Strahlenbündel 30a'' sind in der Ebene VI-VI so klein,
daß der
Umlenkspiegel soweit nach radial innen bewegt werden kann, daß die optische
Achse 21 diesen zentral schneidet, wie dies in 6 als
Spiegel 119a'' in gestrichelten
Linien dargestellt ist.
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Mit
dem Stereo-Mikroskopiesystem 1a ist es somit möglich, einen
Beleuchtungslichtstrahl bereitzustellen, welcher unter einem möglichst
kleinen Winkel auf die optische Achse zu verläuft und gegebenenfalls sogar
entlang der optischen Achse 21a verläuft. Hiermit ist es möglich, auch
tiefe Ausnehmungen, vergleiche 4, möglichst
gut auszuleuchten und Abschattungen des Beleuchtungslichtstrahls
in der Ausnehmung möglichst
zu vermeiden.
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Wie
in den 5 und 6 dargestellt, stellt die Steuerung 135 die
Position des Umlenkspiegels 119a derart ein, daß der Umlenkspiegel 119 den
jeweils eingestellten Teilstrahl 30a gerade nicht berührt. Es
ist jedoch auch möglich,
daß die
Steuerung die Position des Umlenkspiegels 119a derart einstellt,
daß eine
gewisse Abschattung des Strahls 30a eintritt, welche von
dem Benutzer in Kauf genommen werden kann, um hierfür einen
noch geringeren Winkel des Beleuchtungslichtstrahls zur optischen
Achse 21a zu erhalten. Hierbei ist insbesondere vorgesehen,
daß ein
Maß der
Abschattung, welche vom Benutzer in Kauf genommen werden kann, über die Steuerung 135 einstellbar
ist.
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In
den 5 und 6 ist der Betrieb des Beleuchtungssystems
für den
Fall dargestellt, daß lediglich
ein Benutzer in das Stereo-Mikroskopiesystem Einblick nimmt, oder
zwei Benutzer Einblick nehmen, diese allerdings ihre Tuben diametral
gegenüberliegend
angeordnet. Es werden dann lediglich zwei Teilstrahlenbündel aus
dem bildseitigen Teilstrahlenbündel
zur Beobachtung herausgegriffen, und der Umlenkspiegel des Beleuchtungssystems kann
so nahe wie möglich
zur optischen Achse hin verlagert werden, ohne zu Abschattungen
oder lediglich zu in Kauf nehmbaren Abschattungen im beobachteten
Bild zu führen.
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In 7 ist
eine Ausführungsform
eines Stereo-Mikroskopiesystems 1b einer der 6 entsprechenden
Darstellung gezeigt, wobei hier ein Umlenkspiegel 119b eines
Beleuchtungssystems 101b ebenfalls so nahe wie möglich an
einer optischen Achse 21b angeordnet wird, wobei allerdings
eine Annäherung
an die optische Achse 21b dadurch limitiert ist, daß zwei Benutzer
Einblick in das Stereo-Mikroskopiesystem 1b nehmen, welche
ihre Okulare und damit auch Zoomsysteme unter unterschiedlichen
Umfangswinkeln um die optische Achse 21b des Objektivs
angeordnet haben. So sind in 7 in durchgezogenen
Linien die für
die Beobachtung relevanten Querschnitte der Teilstrahlenbündel 30b eines
ersten Benutzers und die entsprechenden Teilstrahlenbündel 30b eines
zweiten Benutzers eingezeichnet. Über einen von einer Steuerung 135b angesteuerten
Antrieb 133b wird ein Gestänge 131b in Radialrichtung
derart verlagert, daß der
an dem Gestänge
festgemachte Umlenkspiegel 119b weder eines der beiden
Teilstrahlenbündel 30b noch
eines der beiden Teilstrahlenbündel 30b' berührt, so
daß keines
der Teilstrahlenbündel 30b, 30b' abgeschattet wird.
Auch hier wiederum kann jedoch eine gewisse Abschattung der Teilstrahlenbündel 30b, 30b' in Kauf genommen
werden, um eine noch weitere Annäherung
des Umlenkspiegels 119b an die optische Achse 21b zu
ermöglichen.
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Ein
weiterer in 7 nicht dargestellter und ebenfalls
von der Steuerung 135b angesteuerter Antrieb ist vorgesehen,
um die Baugruppe aus Antrieb 133b, Gestänge 131b und Umlenkspiegel 119b in Umfangsrichtung
um die optische Achse zu verlagern. Dieser Antrieb wird von der
Steuerung 135b dann getätigt,
wenn einer der beiden Benutzer sein Okular in Umfangsrichtung um
die optische Achse verlagert, und damit auch die Teilstrahlenbündel 30b bzw. 30b' sich in Umfangsrichtung
um die optische Achse 21b verlagern. Die Steuerung 135b ermittelt immer
die Position in Umfangsrichtung für den Spiegel 119b,
in welcher dieser so nahe wie möglich
an die optische Achse 21b bewegt werden kann.
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Hierbei
ist es möglich,
den Arbeitsmodus der Steuerung 135b dann zu ändern, wenn
einer der beiden Benutzer 45, 45' die Stereo-Mikroskopieanordnung 1 verläßt bzw.
in diese nicht mehr Einblick nehmen möchte. Dann sind die diesem
Benutzer zugeordneten Teilstrahlenbündel 30b bzw. 30b' für die Beobachtung
nicht mehr relevant und es ist eine Beschränkung für die Plazierung des Spiegels 119b aufgehoben,
so daß die
Steuerung 135 diesen in eine andere Umfangsposition bewegen
kann, um ihn dort näher
an die optische Achse 21b heranzubewegen.
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In 8 ist
eine schematische Teilansicht eines weiteren Stereo-Mikroskopiesystems 1c dargestellt,
wobei hiervon lediglich eine Frontlinse 7c eines Objektivs 3c und
ein Gehäuse 5c desselben
dargestellt sind. Das Stereo-Mikroskopiesystem 1c umfaßt ferner
ein Beleuchtungssystem 101c mit einer in 8 nicht
dargestellten Strahlungsquelle und einer Kollimationslinsenanordnung 117c zur
Erzeugung eines Beleuchtungslichtstrahls 110c. Der von
der Kollimationslinse 117c ausgehende Beleuchtungslichtstrahl 110c ist
auf eine Spiegelfläche 141 eines
Keils 143 gerichtet, welcher zentral an der Frontlinse 7c des
Objektivs 3c beispielsweise mittels eines Kitts oder dergleichen
festgemacht ist. Die Spiegelfläche 141 lenkt
den auf diese gerichteten Beleuchtungslichtstrahl 110c derart
um, daß er
entlang der optischen Achse 21c des Objektivs 3c hin
zu der Objektebene 109 des Objektivs 3c verläuft. Hierbei
ist es möglich,
den Umlenkspiegel 119c auf der optischen Achse 21c zu
haltern, ohne hierfür
einen separaten Träger
vorsehen zu müssen,
welcher zu einer weiteren Abschattung des Strahlengangs führen würde, wie
dies für
den Träger 131 in
der in den 5 und 6 dargestellten
Ausführungsform
der Fall wäre.
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Die
Kollimationslinse 117c formt den Beleuchtungslichtstrahl 110c derart,
daß er
als konvergenter Strahl auf den Umlenkspiegel 119c zu verläuft und
nahe der Spiegelfläche 19c einen
Fokus aufweist. Somit ist es möglich,
den Umlenkspiegel 119c besonders klein auszugestalten,
so daß dieser
die Beobachtung des Objekts in Folge von Abschattung möglichst
nicht stört.
In den in 6 dargestellten Beobachtungssituationen,
in welchen sich die für
die Beobachtung relevanten Strahlenbündel 30a und 30a'' ergeben, würde der Umlenkspiegel 19c die
Beobachtung darin nicht stören,
da die Beobachtungsstrahlengänge
nicht nahe an die optische Achse 21c herantreten.
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Mit
dem auf der optischen Achse 21c angeordneten Umlenkspiegel 119c ist
es wiederum möglich,
enge Kanäle
besonders gut zur Beleuchtung auszuleuchten.
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9 zeigt
eine Variante des in 7 gezeigten Beleuchtungssystems.
Das in 9 gezeigte Beleuchtungssystem 101d unterscheidet
sich von dem Beleuchtungssystem der 7 im wesentlichen dadurch,
daß ein
Umlenkspiegel 119d an einem Keil 143d nicht von
einer Frontlinse 7d des Objektivs 3d selbst getragen
wird sondern von einer Trägerplatte 151,
welche als Planparallelplatte aus Glas ausgebildet ist und vor dem
Objektiv 3d anbringbar ist. Hierzu ist die Trägerplatte 151d in
einer Halterung 153 gefaßt, welche einen Fortsatz eines
Gehäuses 5d des Objektivs 3d bildet
und sich über
die Trägerplatte 151d hinaus
hin zu der Objektebene erstreckt. Hierdurch wird ein gewisser Schutz
erreicht, um ein versehentliches Berühren des Keils 143d und
der Trägerplatte 151d zu
vermeiden. In dem sich über
die Trägerplatte 151d hinauserstreckenden
Teil des Gehäuses 153 ist
eine Ausnehmung 155 vorgesehen, welches ein Eintreten des
von einer Kollimationslinse 117d ausgehenden Beleuchtungslichtstrahls 110d hin
zu dem Umlenkspiegel 119d ermöglicht.
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Wiederum
ist es mit dem auf der optischen Achse 21d angeordneten
Umlenkspiegel 119d möglich,
enge und tiefe Kanäle
in einem Objekt gut auszuleuchten, wobei die transparente Trägerplatte 151 die
Beobachtung kaum stört.
Sollte dies jedoch dennoch einmal der Fall sein, so ist es möglich, die
Trägerplatte 151 und
den Umlenkspiegel 119d aus dem Strahlengang des Stereo-Mikroskopiesystems
zu entfernen, indem die Fassung 153 über ein Scharnier 157,
welches die Fassung 153 an dem Gehäuse 5d anlenkt, abgeklappt
wird.
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In
den Ausführungsformen
der 8 und 9 ist der Beleuchtungslichtstrahl 110 auf
die Spiegelfläche 119 fokussiert.
Allerdings muß dies nicht
so sein, es kann ein Fokus auch im Strahlengang vor oder hinter
der Spiegelfläche
gebildet sein, oder es kann der Beleuchtungslichtstrahl auch divergent
und gar kein Fokus gebildet sein.
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Neben
der Ausführung
des Umlenkspiegels an einem Keil ist es auch möglich, eine spiegelnde Fläche in der
Glasplatte 151 vorzusehen, oder zwei schräg angeschnittene
Glasplatten zusammenzufügen,
wobei von einer Glasplatte die schräg angeschnittene Stirnfläche in einem
zentralen Bereich verspiegelt ist. Der Beleuchtungslichtstrahl 110 wird dann
in einer Außenumfangsfläche der
Glasplatte eingekoppelt und auf die integrierte Spiegelfläche gerichtet.
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In
den Ausführungsformen
der 5 bis 9 ist der Umlenkspiegel für den Beleuchtungslichtstrahl
jeweils unterhalb der Frontlinse des Objektivs angeordnet. Es ist
jedoch gleichwohl möglich, den
Umlenkspiegel oberhalb der Frontlinse des Objektivs anzuordnen und
den Beleuchtungslichtstrahl durch diese Frontlinse hindurch hin
zu der Objektebene zu richten.
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In
den Ausführungsformen
der 5 bis 7 ist lediglich ein Umlenkspiegel
zum Richten eines einzigen Beleuchtungslichtstrahls hin zu der Objektebene
dargestellt. Es ist jedoch auch möglich, hier mehrere Umlenkspiegel
in Umfangsrichtung um die optische Achse des Objektivs verteilt
vorzusehen und diese in Radial- oder/und Umfangsrichtung zu verlagern.
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Bei
dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Abstand
B des Objektivs zu dem Objekt an einem Punkt (129) ge messen,
welcher mit Abstand C von der optischen Achse angeordnet ist. Es
ist jedoch ebenfalls möglich,
den Abstand B auf andere Weise zu ermitteln, beispielsweise über ein Navigationssystem,
mit welchem eine Planung des operativen Eingriffs vorgenommen wird.
Ein solches Navigationssystem umfaßt meist die Auswertung von tomographischen
Bildern des Patienten, welche beispielsweise aus Röntgenaufnahmen
oder mittels NMR gewonnen werden können. Bei einem durch ein Navigationssystem
gestützten
operativen Eingriff sind damit Körperdaten
als Koordinatensätze
der Steuerung 123 zugänglich,
so daß die
Ebene der Schädeldecke
in dem Ausführungsbeispiel
der 4 nicht durch eine separate Messung ermittelt
werden muß.
Das Abstandsmeßsystem
umfaßt
dann eben auch das den operativen Eingriff unterstützende Navigationssystem.
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In
den 10 und 11 ist
eine weitere Ausführungsform
eines Stereo-Mikroskopiesystems 1e, von dessen Optik lediglich
eine Frontobjektivlinse 7e dargestellt ist, und ein Beleuchtungssystem 101e umfaßt. Das
Beleuchtungssystem 101e richtet einen auf einer optischen
Achse 21e verlaufenden oder unter einem kleinen Winkel
zu dieser verlaufenden Beleuchtungslichtstrahl 110e1 hin
zu einer Objektebene 9e des Objektivs 3e, um eine
enge Ausnehmung 107e in einem Objekt 103e auszuleuchten.
Der Beleuchtungslichtstrahl 110e1 leuchtet
nur einen zentralen Teil der beobachtbaren Objektebene 9e aus
und weist entsprechend eine lediglich kleine Divergenz mit einem
halben Öffnungswinkel β1 auf.
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Die
Beleuchtungseinrichtung 101e richtet einen zweiten Beleuchtungslichtstrahl 110e2 hin zu der Objektebene 9e,
um darauf das gesamte beobachtbare Feld auszuleuchten. Entsprechend
weist der Beleuchtungslichtstrahl 110e2 eine
größere Divergenz
mit einem halben Öffnungswinkel β2 auf.
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Die
beiden Beleuchtungslichtstrahlen 110e1 und 110e2 werden jeweils von einer Kollimationslinsenbaugruppe 110e1 bzw. 110e2 hin
zu Umlenkspiegeln 119e1 und 119e2 gerichtet, welche die Strahlen 110e1 und 110e2 hin
zu der Objektebene 9e umlenken.
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Neben
den in 10 gezeigten Beleuchtungslichtstrahlen 110e1 und 110e2 wird
noch ein weiterer Beleuchtungslichtstrahl 110e3 ,
welcher in 10 der Übersichtlichkeit halber nicht
dargestellt ist, hin zu dem Objekt gerichtet. Der dritte in 10 nicht
dargestellte Beleuchtungslichtstrahl weist ebenfalls eine hohe Divergenz
mit halbem Öffnungswinkel β2 auf
und wird von einem neben dem Beobachtungsstrahlengang des Objektivs 3e angeordneten
Spiegel zu diesem hin umgelenkt.
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Das
Licht für
die drei Beobachtungslichtstrahlen wird in einer Lichtquelle, beispielsweise
einer Halogenlampe 113e mit Reflektor 115e, erzeugt und
nach Kollimation mit einer Kollimationslinse 161 in ein
Lichtleitfaserbündel 163 an
einer Eintrittsfläche 165 desselben
eingekoppelt. Das Licht wird über
das Lichtleitfaserbündel 163 in
eine Nähe
des Objektivs 3e transportiert und dort hin zu den jeweiligen
Kollimationslinsen 117d abgestrahlt. Hierzu wird das Lichtleitfaserbündel 163 in
drei Teilbündel 1671 , 1672 und 1673 aufgeteilt, welche schließlich das
Licht in die unmittelbare Nähe
zu den jeweiligen Kollimationslinsen 117d1 , 117d2 und 117d3 transportieren.
An Austrittsenden 1691 , 1692 , 1693 wird
das Beleuchtungslicht hin zu den Kollimationslinsen 117d1 , 117d2 und 117d3 abgestrahlt, und zwar für den Beleuchtungslichtstrahl 110e1 als Lichtstrahl 1711 mit
einem halben Öffnungswinkel α1.
Der Lichtstrahl 1711 wird von der
Kollimationsanordnung 117d1 umgeformt
in den Beleuchtungslichtstrahl 110e1 mit
dem halben Öffnungswinkel β1.
Entsprechend wird ein von dem Abstrahlende 1692 mit
einem halben Öffnungswinkel α2 abgestrahlter
Lichtstrahl 1712 von der Kollimationsanordnung 117d2 umgeformt in den Beleuchtungslichtstrahl 110e2 mit dem halben Öffnungswinkel β2.
Genauso wird von einem Abstrahlende 1693 des
Lichtleiters 1673 ein Lichtstrahl 1713 mit halbem Öffnungswinkel α2 abgestrahlt
und von der in 10 nicht dargestellten Kollimationsanordnung
in den dritten Beleuchtungslichtstrahl mit ebenfalls dem halben Öffnungswinkel β2 umgeformt.
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Lichtleitfasern
der Faserbündel 1672 und 1673 sind
Fasern hoher numerischer Apertur, welche Licht mit einem hohen Öffnungswinkel
bezüglich
einer Faserachse transportieren können, so daß die von diesen Faserbündeln 1672 , 1673 abgestrahlten Lichtstrahlen 1712 und 1713 hohe Öffnungswinkel α2 aufweisen,
welche von der zugeordneten Kollimationsanordnung 117d2 in die Strahlen 110e2 mit
dem hohen Öffnungswinkel β2 umgeformt
werden. Lichtleitfasern in dem Faserbündel 1691 sind
Fasern niedriger numerischer Apertur, welche Lichtstrahlen mit einem Öffnungswinkel
transportieren können,
welcher im Vergleich zu den kritischen Winkeln der Fasern in den
Bündeln 1672 , 1673 deutlich
verringert ist. Damit ist auch der halbe Öffnungswinkel β1 des
von dem Faserbündel 1691 abgestrahlten Lichtstrahls 1711 im Vergleich zu den Lichtstrahlen 1712 und 1713 verringert.
Damit kann die Kollimationsanordnung 171d1 mit
einer geringeren Brechkraft ausgebildet werden, um den Lichtstrahl 110e1 mit dem geringen Öffnungswinkel β1 zu
formen, ohne unnötiges
Streulicht zu erzeugen.
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An
dem Eintrittsquerschnitt 165 des Lichtleitfaserbündels 163 sind
die Fasern, welche schließlich das
Faserbündel 1671 bilden, zentral angeordnet und die
Fasern, welche schließlich
die Faserbündel 1672 und 1673 bilden,
sind um die zentralen Fasern 1671 herum
angeordnet, wobei eine obere Hälfte
dieser Fasern das Faserbündel 1672 bildet und eine untere Hälfte dieser
Fasern das Faserbündel 1673 bildet.