CH664223A5

CH664223A5 - Zusatzeinrichtung fuer stereomikroskope.

Info

Publication number: CH664223A5
Application number: CH2223/84A
Authority: CH
Inventors: Helmuth Wintersteiner; Friedrich K Dr Moellring
Original assignee: Zeiss Carl Fa
Priority date: 1983-05-18
Filing date: 1984-05-07
Publication date: 1988-02-15
Also published as: DE3318011A1; DE3318011C2

Description

BESCHREIBUNG Die Erfindung betrifft eine Zusatzeinrichtung für Stereomikroskope mit einem zwischen dem Mikroskopkörper und dem Beobachtungstubus angeordneten Mittelteil, das Strahlteiler bzw. schaltbare Spiegel enthält.

Stereomikroskope werden zur Beobachtung und Photographie von räumlich strukturierten Objekten im Vergrösse-rungsbereich zwischen etwa 1 fach bis 50fach benutzt. In einem ähnlichen Vergrösserungsbereich arbeiten auch die sogenannten Makroskope, die in der Regel ebenfalls mit einem Binokulartubus ausgerüstet sind, objektseitig jedoch «monobjektiv» aufgebaut sind. Makroskope eignen sich insbesondere zur Beobachtung von ebenen Objekten und bieten dort Vorteile wegen der im Vergleich zu Stereomikroskopen in der Regel besseren Abbildungsqualität infolge des zentrisch benutzten Objektivs. Diese Vorteile wirken sich insbesondere bei der Photographie sogar räumlicher Objekte aus, da Stereobilder äusserst selten verlangt werden. Daneben ist der Fortfall von Parallaxen günstig bei der Vermessung von Objekten.

Makroskope und Stereomikroskope werden aufgrund ihres unterschiedlichen Aufbaues von den Geräteherstellern als separate Instrumente angeboten. Daneben ist es aus der CH-PS 565 379 bekannt, das Hauptobjektiv eines Stereomikroskops zentrisch vor einen der beiden stereoskopischen Beobachtungskanäle zu schwenken, um auf diese Weise die oben geschilderten Vorteile eines Makroskops in einem Stereomikroskop zu realisieren. Diese bekannte Lösung hat jedoch einmal den Nachteil, dass in Schaltstellung «Makro-skop» nur monokulare Beobachtung möglich ist. Zum anderen eignet sich diese Lösung überhaupt nicht für Stereomikroskope mit zwei getrennten Objektiven (nach Green-ough).

Aus der EP-A 72 652 ist ein Stereomikroskop mit variablem Konvergenzwinkel bekannt, mit dem theoretisch auch der Konvergenzwinkel 0 eingestellt werden kann, wobei dann das Objekt binokular durch das zentrisch benutzte Hauptobjektiv beobachtet wird. Dazu besitzt dieses Stereomikroskop einen direkt hinter dem Hauptobjektiv angeordneten, längs der optischen Achse verschiebbaren Strahlteiler. Ein solcher Aufbau lässt sich nicht nachträglich durch einfaches Umrüsten vorhandener Stereomikroskope realisieren, sondern erfordert die Konzeption eines völlig neuen Gerätes.

In der US-PS 3 173 984 ist ein Stereomikroskop beschrieben, das einen aus austauschbaren Komponenten bestehenden Aufbau besitzt. Dabei kann der die Vergrösse-rungswechsler enthaltende Mikroskopkörper mit einem relativ schwach vergrössernden Hauptobjektiv gegen einen zweiten Mikroskopkörper ersetzt werden, in dem ein strahlteilendes Prismensystem befestigt ist, das zentrisch hinter einem zweiten, stark vergrössernden Objektiv angeordnet ist. Mit einem hinter dem Strahlteiler angeordneten und als Blende wirkenden, schaltbaren Prismenkörper lassen sich unterschiedliche Pupillenhälften in beiden Teilstrahlengängen abschatten, so dass ein Wechsel von stereoskopischer Beobachtung und binokular-«monoskopischer» Beobachtung durch das gleiche Objektiv möglich ist. Auch hier wird also in Schaltstellung «Stereo» und in Schaltstellung «Makro» jeweils das gleiche Objektiv, einmal exzentrisch und einmal zentrisch, benutzt.

Eine solche Anordnung erfordert die Auswechslung nahezu des gesamten Mikroskopkörpers und ist daher nicht ohne weiteres zur Umrüstung vorhandener Stereomikroskope geeignet.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Zusatzeinrichtung für Stereomikroskope zu schaffen, mit deren Hilfe das Stereomikroskop auf möglichst einfache Weise und ohne Einschränkung von Funktionen als Makro-skop benutzt werden kann.

Ausgehend von einem Stereomikroskop nach dem Oberbe2

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griff wird diese Aufgabe gemäss dem Kennzeichen des Hauptanspruchs dadurch gelöst, dass das Mittelteil ein Strahlteilerprisma enthält, welches Licht aus einem ersten Beobachtungskanal zur monoskopisch-binokularen Beobachtung auf beide Okulare verteilt, und dass eine gegen das Doppel- bzw. Hauptobjektiv des Stereomikroskops auswechselbare Aufnahme für ein Makroobjektiv vorgesehen ist, in der das Makroobjektiv zentrisch vor dem genannten, ersten Beobachtungskanal befestigt ist.

Stereomikroskope besitzen meist ein Mittelteil, welches die Optik zur Ausspiegelung aus einem'der beiden Beobachtungskanäle in einen Phototubus enthält. In der Regel ist dieses Mittelteil als auswechselbares Zusatzteil zwischen dem Mikroskopkörper und dem abnehmbaren Beobachtungstubus befestigt. Der meist schaltbare Strahlteiler oder Vollspiegel zur Ausspiegelung in das Photookular befindet sich dann im telezentrischen Strahlengang zwischen dem Ver-grösserungswechsler und der Tubuslinse des Stereomikroskops. Es ist ohne weiteres möglich, in einem solchen Mittelteil einen weiteren Strahlteiler einzusetzen. Ohne grössere Umbauten vorzunehmen kann dieser Strahlteiler entweder auf dem ohnehin zum Schalten in Stellung «Photographie» vorhandenen Schieber befestigt werden, oder er kann, falls das Mittelteil auswechselbar ist, in einem separaten, zweiten Mittelteil untergebracht werden.

Als Makroobjektiv kann beispielsweise ein handelsübliches Photoobjektiv in Retro-Stellung benutzt werden, das mit einem Filtergewinde an einer zu diesem Zweck vorgesehenen, auswechselbaren Aufnahme des Mikroskopkörpers befestigt ist.

Es ist jedoch auch vorteilhaft, das Makroobjektiv als Doppelobjektiv aus einem mit seiner Achse senkrecht auf der Objektebene stehenden und einem zweiten, mit seiner Achse gegen die Objektebene geneigten Teilobjektiv aufzubauen und das Mittelteil mit einem Ansatz zur Befestigung einer Beleuchtungseinrichtung zu versehen, die mit dem zweiten Beobachtungskanal gekoppelt ist. Mit einer solchen, nachstehend als Ausführungsbeispiel noch näher beschriebenen Anordnung ist auf besonders einfache und kompakte Weise eine Auflichtbeleuchtung des «monobjektiv-binokular» beobachteten Objekts zu realisieren.

Weiterhin kann es zweckmässig sein, das Makroobjektiv als Doppelobjektiv aus zwei mit ihren Achsen senkrecht auf der Objektebene stehenden Objektiven aufzubauen und im Mittelteil von der Objektseite her gesehen vor dem Strahlteilerprisma, ein zweites, strahlvereinigendes Prisma anzuordnen, welches Licht aus dem zweiten Beobachtungskanal in den ersten Beobachtungskanal einspiegelt. Mit dieser Massnahme wird ein überlagertes Bild zweier um den Abstand der Stereokanäle auseinanderliegender Objektfelder erzeugt. Das so modifizierte Stereomikroskop kann dann als Vergleichsmakroskop, beispielsweise für Untersuchungen in der Ballistik, dienen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden nachstehend anhand der Fig. 1-6 der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen :

Fig. 1 eine Prinzipskizze eines herkömmlichen Stereomi-kroskops mit Phototubus;

Fig. 2 eine Prinzipskizze des Mikroskops aus Fig. 1 mit Zusatzeinrichtung gemäss der Erfindung in einer ersten Ausführungsform;

Fig. 3 eine Prinzipskizze des Mikroskops aus Fig. 1 mit Zusatzeinrichtung gemäss einer zweiten Ausführungsform ;

Fig. 4 eine Prinzipskizze einer leicht geänderten Ausführungsform des Mittelteils 4 aus Fig. 2;

Fig. 5 eine Prinzipskizze einer'geänderten Ausführungsform des Prismensystems aus Fig. 3 ;

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Fig. 6 eine Prinzipskizze des Mikroskops aus Fig. 1 mit Zusatzeinrichtung gemäss einer dritten Ausführungsform.

Das in Fig. 1 dargestellte Stereomikroskop besitzt einen Hauptkörper 1, in dem u.a. ein mittels Drehknöpfen 10a und 10b an beiden Seiten des Hauptkörpers 1 betätigbarer Ver-grösserungswechsler in Form eines doppelten Fernrohrsystems IIa, IIb angeordnet ist. Am unteren Ende des Hauptkörpers 1 ist über eine Schwalbe abnehmbar eine Aufnahme 5 befestigt, in die ein von beiden Beobachtungskanälen A und B gemeinsam exzentrisch durchsetztes Hauptobjektiv 15 eingeschraubt ist. Der Hauptkörper 1 ist über ein Stativ 6 höhenverstellbar über einem Standfuss 7 befestigt, der gleichzeitig als Objektauflage dient.

Am oberen Teil des Mikroskops ist ebenfalls abnehmbar ein Beobachtungstubus 3 befestigt. Der Tubus 3 trägt die Okulare und enthält ein Tubuslinsensystem 13a/13b sowie das übliche Prismensystem 12a und 12b zur Bildaufrichtung und Anpassung der stereoskopischen Beobachtungsbasis an den Augenabstand des Betrachters.

Zwischen dem Beobachtungstubus 2 und dem Mikroskopkörper 1 ist ein Zwischentubus 4 eingefügt, an dem über ein Photookular 8 die Kamera 9 befestigt ist. Im Zwischentubus 4 ist ein Spiegelprisma 14 senkrecht zur optischen Achse verschiebbar gelagert und kann mittels einer Handhabe 16 in den mit B bezeichneten Stereokanal eingeschoben werden, wenn das auf dem Stativfuss 7 aufgelegte Objekt photogra-phiert werden soll. In dieser Schaltstellung kann das Objekt dann nur noch monokular beobachtet werden.

Bis hierher entspricht der beschriebene Aufbau dem eines bekannten, herkömmlichen Stereomikroskops.

Die Zusatzeinrichtung zur Verwandlung des Stereomikroskops in ein Makroskop umfasst, wie in Fig. 2 dargestellt,

eine anstelle der Aufnahme 5 für das Hauptobjektiv am _ Mikroskopkörper 1 zu befestigende Aufnahme 19, die ein zentrisch zum Beobachtungskanal B orientiertes Gewinde 20 trägt. An dies Gewinde ist ein Photoobjektiv 18 mit seinem Filtergewinde angeschraubt.

Die Zusatzeinrichtung umfasst weiterhin ein Strahlteilerprisma 17 im Phototubus 4, welches anstelle des Spiegelprismas 14 mit Hilfe der Handhabe 16 in einer dritten Schaltstellung in den Strahlengang eingeschoben werden kann. Der Strahlteiler 17 verzweigt den Beobachtungskanal B, vor dem das als Makroobjektiv dienende, umgekehrte benutzte Photoobjektiv 18 zentrisch angeordnet ist, auf beide Okulare 3a und 3b des Beobachtungstubus 2. Das Teilerprisma 17 besitzt dazu neben der teilverspiegelten Fläche 17a im Innern des Glasblocks eine parallel dazu angeordnete, als Vollspiegel wirkende Fläche 17b zur Umlenkung des ausgespiegelten Teils des Lichtes aus dem Beobachtungskanal B in das Okular 3a.

In der in Fig. 2 skizzierten Schaltstellung wird das Objektiv also wie in einem Makroskop «monobjektiv-bin-okular» beobachtet, kach Umschaltung mittels der Handhabe 16 in die in Fig. 1 skizzierte Stellung, d.h. dem Einschalten des Spiegelsprismas 14 anstelle des Teilersprismas 17 in den Beobachtungskanal B, kann das Objekt durch das Objektiv 18 photographiert werden, wobei der Photostrahlengang senkrecht auf der Objektebene steht.

Wenn das Spiegelprisma 14 als Strahlteilerwürfel ausgebildet ist, kann während der Herstellung der Makrophotogra-phie des Objekts gleichzeitig monokular beobachtet werden. Binokulare Beobachtung während des Photographierens ist dann möglich, wenn das als Strahlteiler ausgebildete Prisma 14a mit einer zweiten, separaten Handhabe 16b gekoppelt ist und im Beobachtungskanal B unterhalb des Teilerprismas 17 eingeschoben wird, wie dies in Fig. 4 skizziert ist.

In den in den Fig. 2 und 4 gezeigten Schaltstellungen ist die

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Länge des Strahlwegs vom Objekt in die beiden Okulare 3a und 3b unterschiedlich, und zwar um den Glasweg zwischen den Flächen 17a und 17b des Strahlteilers 17. Diese Differenz wirkt sich jedoch nicht auf die Bildlage aus, da das Prisma 17 ja im telezentrischen Strahlengang zwischen dem auf °o eingestellten Objektiv 18 und dem Tubuslinsenpaar 13a und 13b angeordnet ist. Es tritt lediglich eine geringe Pupillenverschiebung auf, die aber die visuelle Beobachtung nicht wahrnehmbar beeinflusst.

In Fig. 3 ist eine gegenüber Fig. 2 abgeänderte Ausführungsform der Zusatzeinrichtung für das Stereomikroskop aus Fig. 1 dargestellt. Zwischen dem Mikroskophauptkörper 1 und dem Beobachtungstubus 2 ist ein Phototubus 26 als Zwischenstück eingesetzt, der auf der dem Photoausgang entgegengesetzten Seite eine Beleuchtungseinrichtung bestehend aus einer Glühlampe 23 und einem Kollektorlinsensystem 21, in einem Gehäuse 22 trägt. An der Stelle des Durchtritts des Beobachtungskanals B durch das Zwischenstück 26 ist ein Teilerprisma 24 angeordnet, welches das vom Objekt kommende Licht zu 50% auf das Okular 3b und zu 50% zur Kamera 9 lenkt. Neben dem Prisma 24 ist ein Vollspiegel 25 angeordnet, der das Licht der Lichtquelle 23 in den nunmehr zum Beleuchtungsstrahlengang gewordenen ehemaligen Beobachtungskanal A einspiegelt.

Eine Aufnahme 29 ist vor den Hauptkörper 1 gesetzt und enthält ein Doppelobjektiv bestehend aus zwei Teilobjektiven 28 und 29. Das Teilobjektiv 28 befindet sich in ähnlicher Weise wie das Objektiv 18 in Fig. 2 zentrisch und mit einer optischen Achse parallel zur Achse der Optik des Hauptkörpers 1 vor dem Beobachtungskanal B. Das zweite Teilobjektiv 27 ist gegen das Teilobjektiv 28 geneigt eingebaut. derart, dass sich die beiden Achsen der Objektive in der Objektebene schneiden. Zur Strahlumlenkung ist vor das Teilobjektiv 27 ein achromatisches Prisma 29 gesetzt.

Mit dieser Ausrüstung ist das Stereomikroskop in ein Pho-tomakroskop mit integrierter Auflichtbeleuchtung verwandelt. Wird mit Hilfe einer hier nicht dargestellten Handhabe ähnlich der in den Fig. 1 und 2 der Strahlteiler 24 und der Spiegel 25 aus dem Strahlengang entfernt und dafür das in Fig. 5 dargestellte Prisma 31 eingeschoben, dann ist wie bei einem Makroskop «monobjektiv-binokulare» Beobachtung des Objekts durch das zentrisch benutzte Objektiv 28 möglich.

Das Prisma 31 unterscheidet sich von dem in Fig. 2 dargestellten Prisma 17 lediglich dadurch, dass auf die voll verspiegelte Fläche 17b ein Prisma 32 aufgesetzt ist. Die Fläche 17b wirkt nun als doppelter Vollspiegel, über die sowohl das Licht der Lampe 23 in den Stereokanal A eingespiegelt als auch das s am halbdurchlässigen Strahlteiler 17a reflektierte Licht aus dem Beobachtungskanal B in das Okular 17b gelenkt wird.

Anstelle des Lampengehäuses 22 kann natürlich auch eine Projektionseinheit an den Zwischenkörper 26 angeschlossen werden, die beispielsweise dazu dient, eine Strichplatte o.ä. in io die Objektebene abzubilden.

Das in Fig. 6 dargestellte Instrument stellt ein Vergleichs-makroskop dar, das aus dem Stereomikroskop durch Modifikation mittels eines dritten Ausführungsbeispiels einer Zusatzeinrichtung hervorgegangen ist.

15 Zwischen dem Hauptkörper 1 und dem Beobachtungstubus, ist ein Zwischenstück 4c eingesetzt, das neben dem bereits in Verbindung mit den Fig. 2,4 und 5 beschriebenen Strahlteilersprisma 17 ein weiteres strahlvereinigendes Prisma 37 besitzt. Dies Prisma 37 entspricht in seinem Aufbau dem Prisma 17, ist jedoch spiegelsymmetrisch zur Waagerechten vor dem Prisma 17 angeordnet und spiegelt somit das an der Fläche 37b reflektierte Licht des Beobachtungskanals A in den Kanal B ein.

Vor dem Hauptkörper 1 ist eine Aufnahme 33 gesetzt, die ein Doppelobjektiv, bestehend aus zwei mit ihren Achsen parallel zueinander ausgerichteten Einzelobjektiven 34 und 35, enthält. Mit diesen Objektiven werden zwei nebeneinanderliegende Objektfelder 0i und O2 abgebildet und sind infolge der Strahlvereinigung an der Fläche 37a des Prismas 37 einander überlagert zu beobachten.

Das Teil-Objektiv 35 ist separat fokussierbar, um eine exakte Scharfstellung der beiden miteinander zu vergleichenden Objekte unabhängig von ihrer Auflage zu ermöglichen. Hinter den Objektiven 34 und 35 sind Blenden bzw. Komplementärfarbfilter 38 und 39 auswechselbarangeordnet, um wahlweise einen der beiden Vergleichsstrahlengänge abzudecken bzw. Abweichungen der beiden Objekte mit Hilfe des Komplementärfarbenvergleichs deutlicher hervorzuheben.

An der Teilerfläche 37a des Prismas 37 werden 50% des Lichts aus den beiden Beobachtungskanälen A und B in Richtung des Okulartubus 2 gelenkt. Die restlichen 50% treten entlang der mit C bezeichneten Achse aus und gelangen in den hier nicht dargestellten Phototubus.

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4 Blatt Zeichnungen

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PATENTANSPRUCH E

1. Zusatzeinrichtung für Stereomikroskope mit einem zwischen dem Mikroskopkörper (1) und dem Beobachtungstubus (2) angeordneten Mittelteil (4), das Strahlteiler bzw. schaltbare Spiegel enthält, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittelteil (4) ein Strahlteilerprisma (17) enthält, welches Licht aus einem ersten Beobachtungskanal (B) zur monosko-pisch-binokularen Beobachtung auf beide Okulare (3a, 3b) verteilt, und dass eine gegen das Doppel- bzw. Hauptobjektiv (15) des Stereomikroskops auswechselbare Aufnahme (19) für ein Makroobjektiv (18) vorgesehen ist, in der das Makroobjektiv (18) zentrisch vor dem genannten, ersten Beobachtungskanal (B) befestigt ist.
2. Zusatzeinrichtung für Stereomikroskope nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Strahlteilerprisma ( 17) senkrecht zur optischen Achse des Mikroskops verschiebbar in dem Mittelteil (4) gelagert ist.
3. Zusatzeinrichtung für Stereomikroskope nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittelteil (4) als auswechselbares Zusatzteil ausgebildet ist.
4. Zusatzeinrichtung für Stereomikroskope nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittelteil (26) einen Ansatz zur Befestigung einer Einrichtung (22) zur Beleuchtung bzw. Einspiegelung besitzt, der mit dem zweiten Beobachtungskanal (A) gekoppelt ist, und das Makro-Objekt als Doppelobjektiv (27,28) aus einem mit seiner Achse senkrecht auf der Objektebene stehenden und einem mit seiner Achse gegen die Objektebene geneigten Teilobjektiv aufgebaut ist.
5. Zusatzeinrichtung für Stereomikroskope nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Strahlteilerprisma (31) eine halbdurchlässige Spiegelfläche (17a) und eine dazu parallele, um den Abstand der beiden Stereokanäle versetzte, beidseitig wirksame Vollspiegelfläche (17b) besitzt.
6. Zusatzeinrichtung für Stereomikroskope nach Anspruch 1 -5, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittelteil (4b) einen Ansatz zur Befestigung eines Phototubus (8) enthält und von der Objektseite her gesehen vor dem Strahlteilerprisma ( 17) ein zweiter Strahlteiler (14a) zur Ausspiegelung von Licht aus dem ersten Beobachtungskanal in den Phototubus vorgesehen ist.
7. Zusatzeinrichtung für Stereomikroskope nach Anspruch 2-5, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittelteil (4) einen Ansatz zur Befestigung eines Phototubus (8) enthält und ein anstelle des Strahlteilerprismas ( 17) in den ersten Beobachtungskanal einschaltbares Prisma bzw. Spiegel (14, 24) zur Ausspiegelung von Licht in den Phototubus vorgesehen ist.
8. Zusatzeinrichtung für Stereomikroskope nach Anspruch 1 -3, dadurch gekennzeichnet, dass im Mittelteil (4c), von der Objektseite her gesehen vor dem Strahlteilerprisma (17), welches Licht aus dem ersten Beobachtungskanal (B) auf beide Okulare (3a, b) verteilt, ein strahlvereinigendes Prisma (37) angeordnet ist, welches Licht aus dem zweiten Beobachtungskanal (A) in den ersten Beobachtungskanal (B) einspiegelt, und das Makroobjektiv als Doppelobjektiv (33) aus zwei mit ihren Achsen senkrecht auf der Objektebene stehenden Objektiven (34,35) aufgebaut ist.
9. Zusatzeinrichtung für Stereomikroskope nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eines der beiden Teilobjektive (34,35) gegenüber dem anderen längs der optischen Achse verschiebbar ist.