DE2154977A1

DE2154977A1 - Pankratischer vergroesserungswechsler

Info

Publication number: DE2154977A1
Application number: DE2154977A
Authority: DE
Inventors: H Dr Littmann; Wolfgang Dr Pfeiffer
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 1971-11-05
Filing date: 1971-11-05
Publication date: 1973-05-17
Also published as: JPS5613923B2; JPS4858849A; GB1365248A; US3840291A

Description

FIRMA CARL ZEISS, 7920 HEIDENHEIM (BRENZ) Pankratisoher Vergrößerungswechsler

Bei Operationsmikroskopen, Hornhautmikroskopeη und anderen stereoskopischen und nicht-stereoskopischen Mikroskopen ist es häufig erwünscht, die Vergrößerung zu ändern, ohne optische Teile auswechseln und/oder nachfokussieren zu müssen. Es ist bekannt, hierfür Vergrößerungswechsler einzusetzen, die z.B. aus umkehrbaren Galilei-Pernrohrsystemen bestehen. Dabei entsteht ein stufenweiser Vergrößerungswechsel. Bei derartigen Mikroskopen sind auch stufenlose Vergrößerungswechsler, sogenannte pankratische optische Systeme verwendet worden, bei denen ein oder mehrere optische Teilsysteme so geführt werden, daß ein stets scharfes oder scharf erscheinendes Bild des Gegenstandes kontinuierlich veränderbarer Vergrößerung entsteht.

Nähert sich einem Beobachter ein Gegenstand mit konstanter Geschwindigkeit, so nimmt seine Winkelgröße nicht gleichmäßig sondern beschleunigt zu. Ein Beobachter ist also gewohnt, aus einer beschleunigten Zunahme der beobachteten Winkelgröße auf eine konstante Geschwindigkeit der Annäherung des Gegenstandes zu schließen. Ist ein pankratisches optisches System Jn üblicher Weise so konstruiert, daß die Mikroskop-Vergrößerung und damit die Winkelgroße des Bildes gleichmäßig, d.h. mit konstanter Änderungsgeschwindigkeit zunimmt, so hat der Beobachter den Eindruck, der abgebildete Gegenstand nähere sich mit abnehmender Geschwindigkeit, bzw. die Vergrößerung nehme mit abnehmender Geschwindigkeit zu.

Wird ein solches bekanntes pankratisches System als Vergrößerungswechsler in einem Operations- oder Arbeitsmikroskop verwendet, so entsteht bei zunehmender Vergrößerung für den Beobachter der un-

- 2 1 P 694

3Ö982G/ÖÖ36 ^l ο 84γ

BAD

erfreuliche Eindruck mangelnder Präzision sowie der täuschende Eindruck, es sei schwierig, eine feine Einstellung einer bestimmten Vergrößerung vorzunehmen. Noch weit unangenehmer ist bei einem solchen System für den Beobachter der Eindruck, der bei abnehmender Vergrößerung entsteht. Da die Vergrößerung gleichmäßig abnimmt, hat der Beobachter den Eindruck, der abgebildete Gegenstand entferne sich mit zunehmender Geschwindigkeit, d.h. das beobachtete Objekt scheine plötzlich zu entweichen.

Dies ist besonders unangenehm bei Operationsmikroskopen. Hier gibt eine abnehmende Vergrößerung für den operierenden Arzt Anlaß zu dem lebhaften Eindruck, die Instrumente zunehmend schnell dem scheinbar beschleunigt entweichenden Operationsfeld nachführen zu sollen. Dabei besteht die Gefahr, daß die Instrumente auf das in Wirklichkeit doch feststehende Operationsfeld aufprallen, So daß Verletzungen hervorgerufen werden könnten.

Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung bei einem pankratischen VergröSerungswechsler die geschilderten Nachteile zu vermeiden, so daß insbesondere auch bei Operations- und Arbeitsmikroskopen der Beobachter bei zu - oder abnehmender Vergrößerung durch das sich ihm darbietende Bild nicht verwirrt wird.

Die Erfindung betrifft einen pankratischen Vergrößerungswechsler insbesondere für Operations- und Arbeitsmikroskope. Sie zeichnet sich dadurch aus, daß die Betätigungsglieder für den Vergrößerungswechsler so gesteuert sind, daß die Änderungsgesohwindigkeit der Vergrößerung eine nichtlineare Punktion der Vergrößerung ist. Zur Vermeidung der geschilderten Nachteile bekannter Vergrößerungswechsler ist es insbesondere vorteilhaft, eine solche Steuerung der Betätigungsglieder vorzusehen, daß die Änderungsgeschwindigkeit der Vergrößerung mit zunehmender Vergrößerung anwächst und mit abnehmender Vergrößerung kleiner wird. Dadurch wird erreicht, daß für den Beobachter stets der Eindruck einer sich mit konstanter Geschwindigkeit ändernden Vergrößerung entsteht.

309820/0036

Als Betätigungsglied für ein pankratisches optisches System findet normalerweise ein Leitzylinder Verwendung. Dieser Leitzylinder weist Pührungsflächen auf, welche üblicherweise als Schraubenflächen ausgeführt sind und welche dazu dienen, die verschiebbaren optischen Teilsysteme des pankratischen Systems zu führen. Dabei entspricht einer konstanten Winkelgeschwindigkeit des Leitzylinders im allgemeinen eine konstante Geschwindigkeit der Vergrößerungsänderung.

Es ist vorteilhaft, auch bei dem neuen pankratischen Vergrößerungswechsler einen Leitzylinder mit Steuerflächen vorzusehen, wobei die Drehung des Leitzylinders mit konstanter Winkelgeschwindigkeit erfolgt und die Steuerflächen eine von einer Schraubenfläche abweichende Gestalt haben. Diese Steuerflächen sind also so ausgebildet, daß die Änderungsgeschwindigkeit der Vergrößerung mit zunehmender Vergrößerung anwächst und mit abnehmender Vergrößerung kleiner wird.

Es kann auch zweckmäßig sein, als Betätigungsglied für den pankratisehen Vergrößerungswechsler einen Leitzylinder vorzusehen, dessen Rotationsgeschwindigkeit eine nichtlineare Funktion der Vergrößerung ist. Dies wird beispielsweise dadurch erreicht, daß zwischen dem zum Antrieb des Leitzylinder dienenden Motor und dem Leitzylinder ein Getriebe mit variablem übersetzungsverhältnis angeordnet ist. Zur Realisierung können verschiedene an sich bekannte Mittel angewendet werden, z.B. Kurvenscheiben, Keilriemengetriebe variablen Übersetzungsverhältnisses und Getriebe mit elliptischen Zahnrädern.

Es kann auch vorteilhaft sein, zum Antrieb des Leitzylinders einen Motor mit variabler Drehzahl vorzusehen. Man verwendet dazu beispielsweise einen durch Widerstandsänderung regelbaren Elektromotor und steuert ihn so, daß seine Drehzahl mit der Vergrößerung des optischen Systems zunimmt. Hierzu kann man beispielsweise auf der Antriebswelle des optischen Systems eine

30982Ü/0036

Kurvenscheibe befestigen, die den Abgriff eines variablen Widerstandes bestätigt.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird im folgenden anhand der Fig. 1 bis 4 der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Im einzelnen zeigen:

Fig. 1 einen Leitzylinder zur Betätigung des pankratischen Vergrößerungswechslers, der eine von einer Schraubenfläche abweichende Steuerfläche aufweist;

Fig. 2 die Verschiebung eines optischen Teilsystems des pankratischen Vergrößerungswechslers in Abhängigkeit vom Drehwinkel des Leitzylinders;

Fig. 3 die Abhängigkeit der Vergrößerung des pankratischen Vergrößerungswechslers vom Drehwinkel des Leitzylinders;

Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel eines pankratischen Vergrößerungswechslers im Schnitt.

In dem Ausführungsbeispiel der Figuren 1 bis 3 ist angenommen, daß der pankratische Vergrößerungswechsler ein optisches Teilsystem enthält, das zum Wechsel der Vergrößerung bewegt werden muß. Zur Bewegung dieses Teilsystems dient ein Leitzylinder 1, welcher in Richtung des Pfeiles 2 gedreht wird um eine zunehmende Vergrößerung des optischen Systems zu erreichen. Der Leitzylinder 1 weist eine FUhrungsfläche 3 auf, welche zur Führung des hier nicht dargestellten optischen Teilsystems dient. Diese Führungsfläche 3 weicht von der Form einer Schraubenfläche ab, die in Fig. 1 gestrichelt eingezeichnet und mit 4 bezeichnet ist. Das Führungsglied für das optische Teilsystem bewegt sich bei einer Drehung des Leitzylinders zwischen den Punkten A und E. Wie Fig. 2 zeigt, erfolgt die Bewegung des optischen Teil-

309820/0036

systems nicht linear mit dem Drehwinkel öC , sondern die Verschiebung erfolgt entsprechend der Kurve 3'· Pig· 3 zeigt, daß bei einer Drehung des Leitzylinders 1 zwischen den beiden Grenzwerten aCt und oCg die Vergrößerung entsprechend der Kurve 3" zunimmt, während sie gemäß der Kurve 4^M linear zunehmen würde, wenn anstelle der FUhrungsfläche 3> die als Schraubenfläche ausgebildete Führungs fläche 4 vorgesehen wäre. Wie aus Pig. 3 ersichtlich ist, nimmt die Änderungsgeschwindigkeit der Vergrößerung mit zunehmender Vergrößerung zu, während sie mit abnehmender Vergrößerung kleiner wird. Dadurch wird erreicht, daß beim Beobachter der Eindruck einer sich mit konstanter Geschwindigkeit ändernden Vergrößerung entsteht, wenn der Leitzylinder zwischen den beiden Grenzwerten gedreht wird.

Fig. 4 zeigt einen pankratischen Vergrößerungswechsler in Stereο-Ausführung. Dieser Vergrößerungswechsler enthält vier optische Teilsysteme, von denen 5 und 5' sowie 6 und 6' feststehende sammelnde optische Glieder sind, während 7 und 7¹ je ein zerstreuendes Glied und 8, 8¹ je ein sammelndes Glied darstellt, die zur Änderung der Brennweite des pankratischen Systems, d.h. also zum Vergrößerungswechsel in axialer Richtung verschoben werden müssen.

Mit 9 ist eine ringförmige Passung bezeichnet, welche die feststehenden Linsengruppen 5* 5^f aufnimmt und mit einem rohrförmigen Teil 10 versohraubt ist. Gleichachsig mit diesem Teil ist in ihm ein zylindrisches, rohrförmigen Bauteil 11 rotierend beweglich angeordnet. In die Innenfläche des Teiles 10 ist eine in Längsrichtung laufende nach innen offene Führungsbahn oder Nut 12 eingeschnitten, die geradlinig verläuft. In die Wand des rohrförmigen Teiles 10 ist ein Schlitz I3 eingeschnitten, der sich in Umfangsrichtung über einen Winkel von etwa 160° erstreckt. Durch diesen Schlitz hindurch greift ein Mitnehmerstift 15, welcher in der Bohrung 14 des Bauteiles 11 befestigt ist. Mit dem Mitnehmerstift I5 ist ein Zahnkranz 16 fest verbunden, der mit einem vom Motor 17 angetriebenen Zahnkranz 18

- 6 309Ö20/0036

in Eingriff steht. Durch Betätigen des Motors 17 wird also das zylinderförmige Bauteil 11 um seine Achse gedreht und zwar innerhalb der durch den Schlitz IjJ gegebenen Grenzen.

Das Bauteil 11 wirkt hier als Leitzylinder, vergleichbar dem Leitzylinder 1 in Pig, 1. Das Bauteil 11 enthält zwei Führungsschlitze 19 und 20,welche zur Steuerung der Bewegung der Teilsysteme 7, 7^f bzw. 8, 8' dienen.

Die Teilsysteme 7, 7' sind in einer Passung 21 angeordnet, welche innerhalb des Bauteiles 11 gleitend bewegbar ist . Entsprechendes gilt für 41e Passung 22 der Teilsysteme 8, 8¹. Die Fassung 21 der Teilsysteme 7, 7^r ist mit einem radial verlaufenden Stift 23 versehen, welcher durch den Führungssehlitz 19 im Bauteil 11 hindurch in die Nut 12 im Bauteil 10 eingreift.

Bei einer· Betätigung des Motors I7 wird also das Bauteil 11 gedreht und dadurch wird die Passung 21 der Teilsysteme 7# 7' in einer durch den Führungsschlitz I9 bestimmten Art in axialer Richtung verschoben. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel rotiert der Motor I7 mit konstanter Winkelgeschwindigkeit und der Pührungsschlitz I9 ist so ausgebildet, daß die Underungsgeschwindigkeit der Vergrößerung mit zunehmender Vergrößerung anwächst und mit abnehmender Vergrößerung kleiner wird.

Während der Drehung des Bauteiles 11 führen die Teilsysteme 7* 7' eine Bewegung in axialer Richtung aus, welche eine Brennweitenveränderung d.h. einen Wechsel der Vergrößerung des Systems bewirkt. Gleichzeitig werden die Teilsysteme 8, 8' über den Führungssohlitz 20 und den an der Fassung 22 befestigten und durch den Führungsschlitz 20 hindurch in den Schlitz 12 eingreifenden Stift 24 bewegt und führen dabei eine hin- und hergehende Ausgleichsbewegung aus. Die beiden Führungsschlitze 19 und 20 sind so aufeinander abgestimmt, daß die Lage der Bildebene bei jeder eingestellten Vergrößerung erhalten bleibt.

- 7 -309820/0036

Es ist möglieh, das in Fig. 4 dargestellte Ausführungsbeispiel so abzuändern, daß der Motor 17 mit variabler Drehzahl angetrieben wird. In diesem Fall erhalten natürlich die Führungssehlitze 19 und 20 eine andere Form. Dasselbe gilt auch wenn der Motor 17 mit konstanter Geschwindigkeit angetrieben wird, aber zwischen diesem Motor und dem Zahnkranz 16 ein Getriebe mit variablem Übersetzungsverhältnis angeordnet wird.

Der Grundgedanke der Erfindung, durch geeignete Ausbildung der Führungskurven, bzw. des Getriebes oder durch Regelung der Motordrehzahl einen gewünschten Verlauf der Anderungsgeschwindigkeit der Vergrößerung zu erzielen, ist natürlich nicht auf die hier dargestellten oder angeführten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern er 16t beispielsweise auch in der Photo-, Film-, Fernseh- und Fernrohrtechnik anwendbar.

309820/0036

Claims

Patentansprüche

Pankratischer Vergrößerungsweehsler, insbesondere für Operations- und Arbeitsmikrcskope, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungsgiieder (1) für den Vergrößerungsweehsler so gesteuert sind, daß die Änderungsgeschwindigkeit der Vergrößerung eine gewünschte nichtlineare Funktion der Vergrößerung ist.
2. Pankratischer Vergrößerungsweehsler nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine solche Steuerung der Betätigungsglieder, daß die Änderungsgeschwindigkeit der Vergrößerung

_ mit zunehmender Vergrößerung anwächst und mit abnehmender W Vergrößerung kleiner wird.
3. Pankratischer Vergrößerungsweehsler nach Anspruch 1 und 2, bei dem die zum Vergrößerungswechsel notwendige Verschiebung der optischen Teilsysteme mittels eines mit Führungsflächen versehenen Leitzylinders erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehung des Leitzylinders (1) mit konstanter Winkelgeschwindigkeit erfolgt und die Führungsflächen (3) eine von einer Schraubenfläche abweichende Gestalt haben.
4. Pankratischer Vergrößerungsweehsler nach Anspruch 1 und 2, bei dem die zum Vergrößerungswechsel notwendige Verschiebung der optischen Teilsysteme mittels eines mit Führungsflächeη versehenen Leitzylinders erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotationsgeschwindigkeit des Leitzylinders (1) eine nichtlineare Funktion der Vergrößerung ist.
5· Pankratischer Vergrößerungsweehsler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem zum Antrieb des Leitzylinders (11) dienenden Motor (17) und dem Leitzylinder ein Getriebe mit variablem Übersetzungsverhältnis angeordnet ist.

309820/0036
6. Pankratischer Vergrößerungswechsler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zum Antrieb des Leitzylinders (11) ein Motor (17) mit variabler Drehzahl vorgesehen ist.

W|h/Hgs

309820/0036