DE3537579C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Stereomikroskop gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Ein solches Stereomikroskop ist bekannt (GB-PS 10 34 811). Das Ablenksystem dieses bekannten Stereomikroskops umfaßt in jedem der beiden Beobachtungsstrahlengänge ein Keilprisma, das unmittelbar hinter dem gemeinsamen Objektiv angeordnet ist. Diese Keilprismen sorgen dafür, daß die beiden Beobachtungsstrahlengänge divergieren, d. h. nicht parallel zueinander verlaufen, sondern jeweils mit der optischen Achse des gemeinsamen Objektivs einen sogenannten Konvergenzwinkel ungleich Null einschließen. Dieser Konvergenzwinkel bleibt bis zu den Okularen erhalten, so daß die beiden Okularachsen in Richtung zum Beobachter divergieren und auf gleiche Weise den (doppelten) Konvergenzwinkel einschließen, wie dies die normalen Sehlinien des Beobachters beim Betrachten eine in der Nähe befindlichen Objektes tun. Ferner umfaßt das Ablenksystem ein Reflexionsprisma, das in jedem der beiden Beobachtungsstrahlengänge zwei in Richtung des Beobachtungsstrahlenganges nacheinander angeordnete, zueinander geneigte Reflexionsfläche aufweist. Durch die Reflexion an diesen beiden Reflexionsflächen wird dafür gesorgt, daß der jeweilige schließlich durch das Okular austretende Beobachtungsstrahlengang in Richtung zum Beobachter schräg ansteigt, so daß der Beobachter bei Benutzung des Stereomikroskops schräg abwärts blickt und die Okularachsen eine Richtung haben, die den Richtungen der normalen Sehlinien beim Beobachten eines in der Nähe befindlichen Objektes entsprechen. Der Winkel, den die Okularachsen dabei mit der Horizontalen einschließen, wird als Abwärtsneigungswinkel bezeichnet.

Günstig bei dem bekannten Stereomikroskop ist, daß seine beiden Beobachtungsstrahlengänge durch den Abwärtsneigungswinkel und den Konvergenzwinkel den normalen Sehlinien des Beobachters angepaßt sind und dadurch Ermüdungserscheinungen des Beobachters vorgebeugt ist. Nachteile weist das bekannte Stereomikroskop jedoch dann auf, wenn in den beiden Strahlengängen zusätzliche Einrichtungen wie beispielsweise solche mit veränderbarer Vergrößerung angeordnet sind bzw. werden sollen, die verstellbar sind. Wegen der Neigung der beiden Strahlengänge relativ zueinander bzw. zur optischen Achse des Objektivs werden in einem solchen Fall die Einstellmechanismen verhältnismäßig kompliziert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das gattungsgemäße Stereomikroskop unter Beibehaltung der Anpassung an die natürlichen Sehlinien des Menschen im Hinblick auf den Strahlenverlauf zwischen dem Objektiv und der Anordnung zur Bildausrichtung unter gleichzeitiger konstruktiver Vereinfachung zu verbessern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Stereomikroskop gemäß Patentanspruch 1 gelöst, d. h. im wesentlichen dadurch, daß die beiden Beobachtungsstrahlengänge bis zu den ersten Reflexionsflächen des Ablenksystems noch parallel zueinander verlaufen und daß die beiden ersten Reflexionsflächen zusätzlich auch relativ zueinander in bestimmter Weise geneigt sind. Die letztgenannte Maßnahme ermöglicht es, allein mit Hilfe der beiden Reflexionsflächen in jedem Strahlengang sowohl für den Konvergenzwinkel als auch für den Abwärtsneigungswinkel zu sorgen. Getrennte Elemente zu diesem Zweck, wie sie bei dem gattungsbildenden Stereomikroskop in Form der Keilprismen und des Reflexionsprismas vorgesehen sind, sind beim erfindungsgemäßen Stereomikroskop entbehrlich, so daß dieses schon dadurch konstruktiv vereinfacht ist. Darüber hinaus vereinfacht der bis zu der ersten Reflexionsfläche parallele Verlauf der beiden Beobachtungsstrahlengänge die Anordnung verstellbarer optischer Einrichtungen in diesen Strahlengängen.

Durch die US-PS 43 96 260 ist eine Spaltlampe bekannt, zu der ein Stereomikroskop gehört, bei dem die beiden Beobachtungsstrahlengänge nach dem Objektiv bis zu einer Anordnung zur Bildaufrichtung parallel zueinander verlaufen. Ein Ablenksystem, welches für einen Abwärtsneigungswinkel und einen Konvergenzwinkel sorgt, ist jedoch nicht vorgesehen. Durch die US-PS 16 50 646 ist ein Stereomikroskop bekannt, das ein Ablenksystem aufweist, das in jedem Beobachtungsstrahlengang erste und zweite Reflexionsflächen aufweist. Dabei sind die ersten Reflexionsflächen unmittelbar hinter dem gemeinsamen Objektiv angeordnet. Diese Reflexionsflächen weisen eine solche Neigung relativ zueinander auf, daß sie allein eine Querablenkung der beiden Beobachtungsstrahlengänge bewirken.

In vorteilhafter Ausbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß das Ablenksystem die beiden aus den Okularen austretenden Beobachtungsstrahlengängen derart ausrichtet, daß die Sehrichtung bei abwechselnder Beobachtung durch das Stereomikroskop und mit bloßem Auge beibehalten wird. Dies stellt insbesondere dann eine Erleichterung für den Benutzer dar, wenn er mehrmals zwischen Beobachtung des Objektes mittels des Stereomikroskops und mit unbewaffnetem Auge wechseln muß, wie dies beispielsweise bei einer Spaltlampe der Fall ist.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Draufsicht auf wesentliche Elemente eines Stereomikroskops;

Fig. 2 eine Vorderansicht von Prismen eines Ablenksystems des Stereomikroskops bei Betrachtung von rechts in Fig. 1;

Fig. 3A eine Seitenansicht zu Fig. 2;

Fig. 3B eine Fig. 3A ähnliche Seitenansicht von Spiegeln;

Fig. 4 ein räumliches Koordinatensystem zur Erläuterung von Winkelbeziehungen;

Fig. 5 eine Fig. 1 ähnliche Darstellung einer abgewandelten Ausführungsform;

Fig. 6A eine schematische Seitenansicht einer weiteren bevorzugten Ausführungsform eines Stereomikroskops als Bestandteil einer Spaltlampe;

Fig. 6B eine Draufsicht zu Fig. 6A; und

Fig. 7 eine perspektivische Ansicht eines Ablenksystems in Form eines Prismas und einer Anordnung zur Bildaufrichtung, die im Vergleich zu den Ausführungsformen gemäß den Fig. 1 und 5 abgewandelt ist.

Fig. 1 ist eine Draufsicht auf eine Ausführungsform in Form eines ophthalmischen Stereomikroskops, von dem im wesentlichen der Binokularteil gezeigt ist. In Fig. 1 ist mit S ein zu untersuchendes Auge bezeichnet. Die Bezugszeichen R1, R2 und R3 kennzeichnen optische Achsen, die die Mitten von Abschnitten eines rechten Beobachtungsstrahlenganges für das rechte Auge ER des Betrachters definieren. Entsprechend definieren die optischen Achsen L1, L2 und L3 die Mitten von Abschnitten eines linken Beobachtungsstrahlenganges für das linke Auge EL des Beobachters. Entlang den genannten optischen Achsen verläuft in jedem Beobachtungsstrahlengang dessen Zentralstrahl bzw. zentraler Lichtstrahl. Hinter einem gemeinsamen Objektiv 1, dessen optische Achse in einer Horizontalebene liegt und das ein Bündel paralleler Lichtstrahlen projiziert, sind nacheinander auf den optischen Achsen R1, R2, R3 und L1, L2, L3 Relaislinsenanordnungen 2R, 2L, Prismen 3R, 3L mit einer geraden Zahl von Reflexionsflächen und mit einer gemeinsamen Strahleinfallsebene, Bildaufrichtungsprismen 4R, 4L, die eine Anordnung zur Bildaufrichtung bilden, und Okulare 5R, 5L angeordnet. Die Prismen 3R und 3L dienen zur Ablenkung des jeweiligen Beobachtungsstrahlenganges. Vor dem Objektiv 1 befindet sich ein Lichtteilerelement 6 in Form eines Prismas, das Element eines optischen Beleuchtungssystems ist. Dieses optische Beleuchtungssystem umfaßt ferner eine Lichtquelle 7 und eine Linse 8.

Ein von der Lichtquelle 7 ausgehender Lichtstrahl wird von der Linse 8 durch das Lichtteilerelement 6 auf die Objektposition Ep des zu untersuchenden Auges S gerichtet. Die Objektposition Ep wird mit dem objektseitigen Brennpunkt des Objektivs 1 in Übereinstimmung gebracht, und der von der Objektposition Ep ausgehende Lichtstrahl wird durch das Objekt 1 in ein Bündel paralleler Lichtstrahlen überführt und gelangt durch die Relaislinsen 2R, 2L in die Prismen 3R, 3L.

Die Prismen 3R und 3L bilden ein Ablenksystem und sind jeweils mit zwei Reflexionsflächen versehen, die nicht parallel zueinander angeordnet sind, wie dies in der perspektivischen Ansicht der Fig. 7 gezeigt ist. Fig. 2 zeigt die Prismen 3R, 3L bei Betrachtung in Richtung der optischen Achsen R1 und L1 von der Okularseite her. Die Prismen 3R, 3L sind so angeordnet, daß sie einen Neigungswinkel R relativ zur Vertikalrichtung aufweisen, so daß daher die in den Prismen 3R, 3L eingedrungenen Lichtstrahlen jeweils durch eine erste Reflexionsfläche 3a in eine Richtung reflektiert werden, die um einen Winkel R zur Vertikalen geneigt ist, wie durch die gestrichelte Linie in Fig. 2 angedeutet ist, und danach auf eine zweite Reflexionsfläche 3b treffen (siehe Fig. 3A). An der zweiten Reflexionsfläche 3b werden die Lichtstrahlen mit unveränderter Richtung reflektiert, wenn man dies in der Projektion gemäß Fig. 2 betrachtet. Wenn man dies jedoch von der Seite aus sieht, wie in der Seitenansicht der Fig. 3A gezeigt, treten die Lichtstrahlen unter einem Winkel zur Horizontalebene geneigt aus, da sich die erste Reflexionsfläche 3a und die zweite Reflexionsfläche 3b nicht parallel zueinander erstrecken. Auf diese Weise sind die optischen Achsen R2, L2 um einen Winkel ⌀ zu den optischen Achsen R1, L1 geneigt.

Nachfolgend werden geeignete Werte für die Winkel R und ⌀ untersucht. Wenn beide Augen 250 mm voraussehen, betragen für das linke und rechte Auge der Abwärtsneigungswinkel der normalen Sehlinien des Menschen etwa 15° und der Konvergenzwinkel jeder der beiden Sehlinien in einer Horizontalebene etwa 7°. Wenn man den Abwärtsneigungswinkel mit Φ und den Konvergenzwinkel mit bezeichnet, können die Beziehungen zwischen Φ, , ⌀ und R in einem orthogonalen XYZ-Koordinatensystem in in Fig. 4 gezeigter Weise wiedergegeben werden. Wenn die Mittelpunkte des rechten und linken Auges ER und EL des Beobachters auf der X-Achse angeordnet sind und man davon ausgeht, daß die Augen ER und EL in die Richtung der Y-Achse sehen und daß die Position des Objektes, wenn der Konvergenzwinkel und der Abwärtsneigungswinkel 0° betragen, bei S1 auf der Y-Achse liegt und die Position des Objektes, wenn der Konvergenzwinkel und der Abwärtsneigungswinkel Φ ist, bei S2 in der YZ-Ebene liegt, so daß S2 auf die Z-Achse bei P projiziert wird, und daß der Winkel ELPER = 2R und die Strecke S10 = a und OER = OEL = b sowie S1EL = c und OP = S1S2 = d sind, dann gelten die folgenden Beziehungen:

tan = b/a (1)
tan Φ = d/a (2)cos = a/c (3)
tan R = b/d (4)
tan ⌀ = d/c (5).

Aus den Gleichungen (1), (2) und (4) ergibt sich daher

tan R = b/d = (b/a)/(d/a) = tan /tan Φ (6).

Ferner ergibt sich aus den Gleichungen (2), (3) und (5)

tan ⌀ = d/c = (a/c) · (d/a) = cos · tan Φ (7).

Wenn die erwähnten 7° und 15°als Konvergenzwinkel und Abwärtsneigungswinkel Φ der Gleichungen (6) und (7) einge­ setzt werden, können die Winkel R und ⌀ ermittelt werden, d. h. ⌀ = 24,6° und ⌀ = 14,9°.

Wenn daher die Reflexionsfläche 3b der Prismen 3R, 3L so geneigt ist, daß die Winkel ⌀ = 14,9° und R = 24,6° erhalten werden, dann kann ein Stereomikroskop erhalten werden, mittels dessen die Beobachtung sehr einfach durchgeführt werden kann.

Wie Fig. 3B zeigt, können die Prismen 3R und 3L durch Spiegel 3′a und 3′b ersetzt sein, die entsprechende Reflexionsflächen aufweisen. Auch kann die Anzahl der Reflexionsflächen anstelle von zwei eine gerade Zahl größer als zwei betragen, wobei in diesem Fall trotz der mehrfachen Reflexion keine Bilddrehung auftritt.

Die aus den Prismen 3R und 3L austretenden Lichtstrahlen dringen in Bildausrichtungsprismen 4R und 4L ein, die jeweils eine Anordnung zur Bildaufrichtung bilden. Jedes Bildaufrichtungsprisma 4R und 4L umfaßt zwei Dachkantprismen, die miteinander kombiniert sind, und besitzt die Funktion, ein auf dem Kopf stehendes Bild in ein aufrechtstehendes Bild umzuwandeln. Bei dieser Ausführungsform finden als Bildaufrichtungsprismen 4R und 4L sogenannte Porroprismen Verwendung, die um die optischen Achsen R2 und L2 drehbar angeordnet sind, um den Augenabstand einstellen zu können. Aus der Natur dieser Porroprismen geht hervor, daß selbst dann, wenn die Bildausrichtungsprismen 4R und 4L um die optischen Achsen R2 und L2 gedreht werden, die Richtungen der optischen Achsen R3 und L3 im Vergleich zu den Richtungen der optischen Achsen R2 und L2 unverändert bleiben, und zwar selbst während der Einstellung des Augenabstandes, und sich der Abwärtsneigungswinkel und der Konvergenzwinkel nicht verändern, da die optischen Achsen R3 und L3 immer parallel zu den optischen Achsen R2 und L2 verlaufen.

Ferner resultiert aus der Struktur der Porroprismen, daß der Abstand zwischen dem zu untersuchenden Auge S und dem Beobachter gekürzt werden kann.

Die aus den Bildaufrichtungsprismen 4R und 4L austretenden Lichtstrahlen dringen über Okulare SR und SL, die Okulare zur Vergrößerung und Beobachtung des Objektbildes darstellen, in die Augen ER und EL des Beobachters ein, so daß der Beobachter das zu untersuchende Auge S stereoskopisch betrachten kann.

Die optischen Achsen R1 und L1 vom Objektiv bis zu den Prismen 3R und 3L verlaufen parallel zueinander, wie in Fig. 5 gezeigt, so daß daher optische Systeme 2′R, 2′L zur Vergrößerungsveränderung und Strahlenteiler 9R, 9L zur Ablenkung des Lichtes zu einer fotografischen Vorrichtung oder einem seitlichen Spiegelreflektor auf den optischen Achsen R1 und L1 angeordnet werden können, um auf diese Weise das optische System vom Galilei-Typ optimal auszunutzen. Obwohl bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 kein Schlitz in das optische Beleuchtungssystem eingesetzt ist, kann ein mit einem Schlitz 7′ versehenes System Verwendung finden, wie in Fig. 5 gezeigt ist. Obwohl die vorliegende Ausführungsform in Verbindung mit einem ophthalmologischen Stereomikroskop beschrieben wurde, muß dieses Stereomikroskop nicht unbedingt auf dem Gebiet der Augenheilkunde Verwendung finden, sondern kann es auch auf anderen Gebieten, beispielsweise in der Forschung und in der Industrie, eingesetzt werden.

Die Fig. 6A und 6B zeigen eine Ausführungsform, bei der der Abwärtsneigungswinkel und der Konvergenzwinkel unter Berücksichtigung des Ortes des Objektes eingestellt sind. Wenn man, wie in der Seitenansicht der Fig. 6A gezeigt ist, annimmt, daß der Winkel, unter dem der Beobachter tatsächlich den zu beobachtende Bereich des zu untersuchenden Auges S, d. h. den Objektpunkt des Objektivs, ohne das Stereomikroskop 10 sieht, α beträgt, wird der Abwärtsneigungswinkel Φ der Prismen 3R, 3L auf den gleichen Wert eingestellt. Wenn man ferner annimmt, wie in der Draufsicht der Fig. 6B gezeigt ist, daß der Winkel der normalen Sehlinien, unter dem die Augen ER und EL des Beobachters den zu beobachtenden Bereich ohne das Stereomikroskop 10 sehen, 2 β beträgt, werden die Prismen 3R, 3L so angeordnet, daß für jedes dieser beiden Prismen die jeweilige optische Achse mit der optischen Achse des Objektivs den Konvergenzwinkel R = β einschließt. Wenn die Winkel Φ und auf diese Weise bestimmt worden sind, kann der Beobachter den zu beobachtenden Bereich durch das Stereomikroskop 10 genau so beobachten, als wenn er den Bereich mit bloßen Augen beobachten würde. Selbst wenn er den zu beobachtenden Bereich mit bloßen Augen sieht, während er seine Augen vom Stereomikroskop 10 abgewendet hält, muß er die Richtung der Sehlinien nicht verändern.

Claims (7)

1. Stereomikroskop, mit einem linken Beobachtungsstrahlengang für das linke Auge des Beobachters und einem rechten Beobachtungsstrahlengang für das rechte Auge des Beobachters, einem gemeinsamen Objektiv, das die Objektstrahlen parallel zu seiner optischen Achse aus­ richtet, wobei in jedem der beiden Beobachtungsstrahlen­ gänge eine ein Zwischenbild erzeugende Relaislinsenanordnung und ein Okular zur Beobachtung dieses Zwischenbildes angeordnet sind und zwischen der Relaislin­ senanordnung und dem Okular eine Anordnung zur Bildaufrich­ tung angeordnet ist, welche eine Parallelversetzung der einfallenden Lichtstrahlen bewirkt und zur Einstellbarkeit der beiden Okulare auf den Augenabstand des Beobachters um seine Einfallsachse drehbar ist, und mit einem Ablenk­ system, welches die beiden aus dem Objektiv austretenden Beobachtungsstrahlengänge parallel zu den normalen Seh­ linien des Beobachters so ausrichtet, daß die beiden Oku­ larachsen in Richtung zum Beobachter divergieren und an­ steigen, wobei das Ablenksystem in jedem der beiden Beobachtungsstrahlen­ gänge zwei in Richtung des Beobachtungsstrahlenganges nacheinander angeordnete, zueinander geneig­ te Reflexionsflächen aufweist, die zwischen der Relaislin­ senanordnung und der Anordnung zur Bildaufrichtung angeord­ net sind und von denen die objektseitige, erste Reflexions­ fläche den ihr zugeordneten Beobachtungsstrahlengang quer zu der optischen Achse des Objektivs ablenkt, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die beiden Beobachtungsstrahlengänge nach dem Objektiv (1) bis zu der ersten Reflexionsfläche (30) des Ablenksystems (3R, 3L) parallel zueinander verlaufen und daß die erste Reflexionsfläche des linken Beobachtungs­ strahlengangs und die erste Reflexionsfläche des rechten Beobachtungsstrahlengangs zusätzlich zu der die Querablen­ kung verursachenden Neigung relativ zueinander derart ge­ neigt sind, daß die von der ersten Reflexionsfläche des linken Beobachtungsstrahlengangs und die von der ersten Reflexionsfläche des rechten Beobachtungsstrahlengangs reflektieren, vor der Reflexion zueinander parallelen Lichtstrahlen in ihrer Projektion auf eine zu der optischen Achse des Objektivs senkrechte Ebene einen spitzen Winkel (2 R) miteinander einschließen.

2. Stereomikroskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß das Ablenksystem durch Prismen (3R, 3L) gebildet ist.

3. Stereomikroskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß das Ablenksystem durch eine gerade Anzahl von Spiegeln (3′a, 3′b) gebildet ist.

4. Stereomikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung zur Bildaufrich­ tung durch Bildaufrichtungsprismen (4R, 4L) gebildet ist.

5. Stereomikroskop nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß das jeweilige Bildaufrichtungsprisma (4R, 4L) ein Porroprisma ist, das miteinander kombiniert zwei Dachkant­ prismen aufweist.

6. Stereomikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ablenksystem (3L, 3R) die beiden aus den Okularen (5L, 5R) austretenden Beobachtungs­ strahlengänge derart ausgerichtet, daß die Sehrichtung bei abwechselnder Beobachtung durch das Stereomikroskop (10) und mit bloßem Auge beibehalten wird.

7. Stereomikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Achse des Objektivs (1) horizontal verläuft.