DE102007029894A1

DE102007029894A1 - Mikroskop mit zentrierter Beleuchtung

Info

Publication number: DE102007029894A1
Application number: DE102007029894A
Authority: DE
Inventors: Haw-Chong Soon
Original assignee: Leica Microsystems Schweiz AG
Current assignee: Leica Instruments Singapore Pte Ltd
Priority date: 2007-06-28
Filing date: 2007-06-28
Publication date: 2009-01-15
Also published as: US20090002813A1; JP2009009135A; US8009352B2; JP5579969B2

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Mikroskop (10) mit einem Hauptobjektiv (20) veränderbarer Brennweite und mit einer Beleuchtungseinheit (40), umfassend eine Lichtquelle und eine Beleuchtungsoptik (41, 42, 43, 44), zur Erzeugung eines auf eine Objektebene (100) gerichteten, außerhalb des Hauptobjektivs (20) verlaufenden Beleuchtungsstrahlengangs, wobei Mittel zur Zentrierung der Beleuchtung in Abhängigkeit von einer Änderung der Brennweite des Hauptobjektivs (20) vorhanden sind und wobei die Beleuchtungsoptik (41-44) zumindest zum Teil zur Zentrierung der Beleuchtung lateral verschiebbar gelagert ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Mikroskop mit einem Hauptobjektiv veränderbarer Brennweite und mit einer Beleuchtungseinheit umfassend eine Lichtquelle und eine Beleuchtungsoptik zur Erzeugung eines auf eine Objektebene gerichteten, außerhalb des Hauptobjektivs verlaufenden Beleuchtungsstrahlengangs, wobei Mittel zur Zentrierung der Beleuchtung in Abhängigkeit von einer Änderung der Brennweite des Hauptobjektivs vorhanden sind.
Derartige Mikroskope sind aus der DE 195 23 712 C2 und der DE 195 37 868 B4 bekannt. In der erstgenannten DE 195 23 712 C2 ist ein Stereomikroskop mit einem Hauptobjektiv veränderlicher Brennweite, einem nachgeschalteten Zoomsystem und einem Binokulartubus sowie einer benachbart zum Hauptobjektiv angeordneten Beleuchtungseinheit offenbart. Das Hauptobjektiv besteht aus einer festen und einer bewegbaren Linse zur Änderung der Brennweite und der Schnittweite des Hauptobjektivs. Die feste, negative Linse des Hauptobjektivs ist zur Objektebene hin angeordnet, die bewegliche, positive Linse ist dahinter (von der Objektebene abgewandt) angeordnet. Eine Bewegung der beweglichen Linse in Richtung von der Objektebene weg führt zu einer Verkleinerung der Brennweite des Hauptobjektivs. Zur optimalen Beleuchtung der sich vertikal verschiebenden Objektebene wird in dieser Schrift vorgeschlagen, zur Zentrierung der Beleuchtung die Position eines Beleuchtungs-Umlenkelements abhängig von einer Brennweitenänderung des Hauptobjektivs zu verstellen. Dies geschieht dadurch, dass die als Beleuchtungs-Umlenkelement verwendete Prismenlinse derart verschwenkt wird, dass der Beleuchtungsstrahlengang der veränderten Objektebene nachgeführt wird. Hierzu ist die Prismenlinse drehbar um eine Achse gelagert, die senkrecht zu einer Ebene steht, die von der vertikalen optischen Achse des Hauptobjektivs und dem im wesentlichen horizontal geneigt auf die Prismenlinse fallenden Beleuchtungsstrahlengang aufgespannt wird. Hierdurch kann für alle Stellungen der objektabgewandten, beweglichen Linse des Hauptobjektivs eine Fokussierung des Beleuchtungslichtes in den jeweiligen Brennpunkt des Hauptobjektivs gewährleistet werden.
Die in dieser Schrift vorgeschlagene Kopplung der Drehbewegung des Beleuchtungs-Umlenkelements mit der linearen (vertikalen) Bewegung der objektabgewandten Linse des Hauptobjektivs erfordert sehr sensitive Drehbewegungen des Beleuchtungs-Umlenkelements in Relation zur Bewegung der Linse und stellt hohe Anforderungen an die mechanische Kopplung, die in dieser Schrift konstruktiv aufwendig ausgeführt ist. Störungen wirken sich hierbei direkt für den Anwender sichtbar (speziell bei hohen Vergrößerungen) aus. Weiterhin erweist sich die Größe der Fläche des Umlenkelements als nachteilig, die ausreichend groß sein muss, um auch im Falle der Kippung des Beleuchtungs-Umlenkelements das gesamte Beleuchtungsbüschel abzudecken. Als Beleuchtungs-Umlenkelemente können Spiegel oder die erwähnten Prismenlinsen eingesetzt werden. Bei der Verwendung von Spiegeln ist mit einer Vergrößerung der Spiegelfläche der zusätzliche Nachteil einer größeren erforderlichen Dicke der Spiegelfläche verbunden. Insgesamt steigt somit der Platzbedarf und die Höhe des zu bewegenden Gewichts.
In der genannten DE 195 37 868 B4 ist eine Beleuchtungseinrichtung für ein Stereomikroskop mit einem Objektiv mit variabler Abbindungs-Schnittweite offenbart, wobei eine Beleuchtungs-Schnittweitenvariation über ein von der Beobachtungsoptik separiertes optisches System möglich ist. Es sind Mittel zur Kopplung der genannten Schnittweiten offenbart, die bewirken, dass Beleuchtungs-Schnittweite und Abbildungs-Schnittweite übereinstimmen. Des weiteren sind dort Mittel zur Kopplung vorgesehen, die gewährleisten, dass die Winkelstellung eines Umlenkelements der Beleuchtungseinrichtung in Abhängigkeit von der jeweiligen Abbildungs- und Beleuchtungs-Schnittweite derart verändert wird, dass immer eine zentrierte Ausleuchtung des betrachteten Sehfelds erfolgt. Da zur Zentrierung der Beleuchtung auch hier mit Drehbewegungen des Beleuchtungs-Umlenkelements gearbeitet wird, ergeben sich auch hier wieder die genannten Nachteile.
Eine grundsätzlich andere Möglichkeit der Beleuchtungszentrierung ergibt sich dadurch, dass die Beleuchtung durch das Hauptobjektiv des Mikroskops geführt wird. Diese Lösung ist in den Operationsmikroskopmodellen M520 und M525 der Anmelderin umgesetzt. Hier richtet das Beleuchtungs-Umlenkelement den Beleuchtungsstrahlengang zum und durch das Hauptobjektiv mit veränderlicher Brennweite, so dass die Beleuchtung stets im Fokus zentriert liegt.
Ein optisches binokulares Beobachtungssystem mit einem für beide Kanäle gemeinsamen Hauptobjektiv und einem Beobachtungs-Zoomsystem sowie einem Beleuchtungssystem mit einem Beleuchtungs-Zoomsystem schlägt die EP 0 321 586 B2 vor. Über ein Umlenkprisma wird der Beleuchtungsstrahlengang durch das Hauptobjektiv geführt. Das Beleuchtungs-Zoomsystem wird in Abhängigkeit von dem Beobachtungs-Zoomsystem verstellt, um die Größe des Leuchtfelds der sich ändernden Zoomvergrößerung anzupassen.
Die bisher genannten Mikroskope setzen vertikale Zoomsysteme ein, d. h., die Längsachse des Zoomsystems liegt parallel zur optischen Achse des Hauptobjektivs. Wird zusätzlich die Beleuchtung oberhalb des Hauptobjektivs in dasselbige eingespeist, entsteht in vertikaler Richtung ein hoher Platzbedarf, der in vertikaler Richtung zu relativ hochbauenden Mikroskopen führt. Dies wiederum ist aus ergonomischen Gründen von Nachteil, da der Abstand von Okular zu Hauptobjektiv größer wird.
Aus der US 6,473,229 B2 ist ein Stereomikroskop mit einer horizontal angeordneten Beleuchtungseinheit bekannt, deren Beleuchtungsstrahlengang über einen feststehenden Umlenkspiegel außerhalb des Hauptobjektivs auf die Objektebene gelenkt wird. Das dort vorgeschlagene Stereomikroskop weist einen Haupt- und einen Assistentenstrahlengang auf, wobei für beide Strahlengänge jeweils getrennte optische Systeme bestehend aus Objektivsystem, Zoomsystem und Binokulartubus vorgesehen sind. Während eines der Zoomsysteme horizontal liegend ausgeführt ist, steht die Achse des anderen Zoomsystems geneigt zur Vertikalen, die senkrecht auf die Objektebene steht. Zur Beleuchtungszentrierung bei veränderlicher Brennweite eines der Objektivsysteme sind hier keine Vorschläge gemacht.
Zur Verringerung der vertikalen Bauhöhe ist in der EP 1 424 582 B1 ein Stereomikroskopaufbau vorgeschlagen, bei dem ein "liegendes", d. h. mit seiner Längsachse horizontal angeordnetes Zoomsystem realisiert ist. Hierzu befindet sich zwischen Hauptobjektiv und Zoomsystem ein Umlenkelement, das den Beobachtungsstrahlengang aus einer im wesentlichen vertikalen Richtung in eine im wesentlichen horizontale Richtung umlenkt und dem in einer ersten Horizontalebene angeordneten Zoomsystem zuführt. Mittels weiterer Umlenkelemente wird der aus dem Zoomsystem austretende Beobachtungsstrahlengang in eine zweite Horizontalebene umgelenkt, die im wesentlichen parallel zur ersten Horizontalebene verläuft, und in der optische Zusatzkomponenten angeordnet sind. Bezüglich Einzelheiten des Aufbaus und der Funktionsweise eines solchen Stereomikroskops mit "liegendem" Zoomsystem sei ausdrücklich auf die genannte europäische Patentschrift hingewiesen.
Die Beleuchtungseinheit ist bei diesem Stereomikroskop im wesentlichen in horizontaler Richtung benachbart zum Hauptobjektiv und in vertikaler Richtung unterhalb des Zoomsystems angeordnet, wobei der Beleuchtungsstrahlengang außerhalb des Hauptobjektivs geführt wird. Anstelle einer Beleuchtungszentrierung kann mittels genügend großem Leuchtfeld dafür gesorgt werden, dass das visuelle Gesichtsfeld bei Brennweitenänderung des Hauptobjektivs stets ausgeleuchtet ist. Ein derart großzügig ausgelegtes Beleuchtungsfeld erfordert eine entsprechend groß ausgelegte Beleuchtungsapertur und somit Beleuchtungseinheit, was sich wiederum negativ auf die Ergonomie des Mikroskops auswirkt. Ein weiterer Nachteil hierbei ist, dass die Homogenität der Beleuchtung (Leuchtfeldverteilung) nicht für alle Positionen des Multifokus (Varioobjektivs) gleich sein kann. Es wird lediglich ein anderer Ausschnitt des insgesamt zur Verfügung gestellten Beleuchtungsfeldes genutzt.
Die vorliegende Erfindung soll insbesondere zur Beleuchtungszentrierung bei einem Mikroskopaufbau geeignet sein, der "liegende" Zoomsysteme einsetzt.
Aufgabe vorliegender Erfindung ist, in technisch einfacher Art und Weise eine Zentrierung der Beleuchtung bei einer Brennweitenänderung des Hauptobjektivs des Mikroskops zu realisieren.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Mikroskop gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
Das erfindungsgemäße Mikroskop besitzt ein Hauptobjektiv mit veränderlicher Brennweite, wozu beispielsweise eine in Richtung der optischen Achse des Hauptobjektivs verschiebbare Linsenbaugruppe vorgesehen sein kann. Die Begriffe Multifokus oder Varioobjektiv sollen in dieser Anmeldung ein solches Hauptobjektiv veränderlicher Brennweite bezeichnen. Ohne Beschränkung der Allgemeinheit soll im folgenden davon ausgegangen werden, dass dieses Hauptobjektiv aus einem objektabgewandten festen Teil und einem objektzugewandten verschiebbaren Teil besteht, wobei jedes der Teile eine Linsenbaugruppe beinhaltet. Eine Linsenbaugruppe kann eine Einzellinse oder eine Kombination von Linsen umfassen. Das Varioobjektiv kann auch so aufgebaut sein, dass der untere, objektzugewandte Teil feststehend, der obere, objektabgewandte Teil beweglich ausgebildet ist. Durch Verwendung eines Varioobjektivs kann in einem bestimmten Bereich auf unterschiedliche Objektebenen fokussiert werden.
Das erfindungsgemäße Mikroskop weist weiterhin eine Beleuchtungseinheit umfassend eine Lichtquelle und eine Beleuchtungsoptik zur Erzeugung eines auf eine Objektebene gerichteten, außerhalb des Hauptobjektivs verlaufenden Beleuchtungsstrahlengangs auf.
Erfindungsgemäß ist zur Zentrierung der Beleuchtung in Abhängigkeit von einer Änderung der Brennweite des Hauptobjektivs die Beleuchtungsoptik zumindest zum Teil lateral verschiebbar gelagert. Der Begriff "lateral verschiebbar" bedeutet in diesem Zusammenhang eine Verschiebbarkeit nicht ausschließlich in axialer Richtung, also nicht ausschließlich in Richtung der Beleuchtungsachse, sondern in einer hierzu geneigten oder hierzu senkrechten Richtung, wobei eine zusätzliche Verschiebekomponente in axialer Richtung nicht ausgeschlossen sein soll. Es hat sich gezeigt, dass durch eine solche laterale Verschiebung zumindest eines Teils der Beleuchtungsoptik der Beleuchtungsfokus dem Fokus des Hauptobjektivs auf technisch einfache und zuverlässige Weise nachgeführt werden kann. Somit wird durch laterale Verschiebung des Leuchtfelds dieses dem Sehfeld nachgeführt. Es hat sich weiterhin gezeigt, dass es ausreichend ist, nur einen Teil der Beleuchtungsoptik lateral verschiebbar zu gestalten. Dies ist von Vorteil, da auf diese Weise nicht die gesamte Beleuchtungseinheit verschiebbar gelagert sein muss, sondern nur ein Teil der eigentlichen Beleuchtungsoptik. Eine Nachführung des Leuchtfeldes bzgl. Position und Größe hat weiterhin den Vorteil, dass der Leuchtfelddurchmesser minimal gehalten und dem Sehfeld angepasst werden kann, so dass im Falle von Operationsmikroskopen der Patient einer minimalen Strahlenbelastung ausgesetzt ist.
Eine für die Erfindung eingesetzte Beleuchtungseinheit weist vorteilhafterweise von der Lichtquelle aus gesehen als Beleuchtungsoptik einen Kollektor, eine Blende sowie eine Beleuchtungs-Linsenbaugruppe zur Fokussierung des Beleuchtungsstrahlengangs in die Objektebene auf. Die Öffnung der Blende, meist eine Irisblende mit veränderlichem Durchmesser, wird bei der Köhlerschen Beleuchtung über die Linsenbaugruppe in die Objektebene abgebildet. Andere Arten der Beleuchtung sowie anders aufgebaute Beleuchtungseinheiten sind einsetzbar. Der Beleuchtungs-Linsenbaugruppe kann ein Beleuchtungs-Umlenkelement nach- oder vorzugsweise vorgeschaltet sein. Hierdurch ist es insbesondere möglich, eine wenigstens zum Teil horizontal angeordnete Beleuchtungseinheit (beispielsweise Lichtquelle, Kollektor und Blende) einzusetzen und den erzeugten Beleuchtungsstrahlengang mittels des Beleuchtungs-Umlenkelements in eine vertikale Richtung in Richtung Objektebene umzulenken.
Es hat sich insbesondere bei einem derartigen Aufbau einer Beleuchtungseinheit herausgestellt, dass es erfindungsgemäß ausreichend ist, lediglich die erwähnte Linsenbaugruppe oder einen Teil hiervon lateral verschiebbar zu lagern. Die Beleuchtungs-Linsenbaugruppe kann ihrerseits prinzipiell eine Einzellinse oder eine Kombination von Linsen darstellen. Anstelle der lateralen Verschiebbarkeit der gesamten Linsenbaugruppe kann es im letzteren Fall ausreichend sein, wenn nur eine oder bestimmte Lin sen der Kombination von Linsen lateral verschoben werden, um die gewünschte Zentrierung der Beleuchtung zu erreichen.
Häufig ist – wie erwähnt – die Beleuchtungseinheit wenigstens zum Teil derart angeordnet, dass der erzeugte Beleuchtungsstrahlengang in einer Richtung auf das Beleuchtungs-Umlenkelement trifft, die im wesentlichen senkrecht (oder geneigt) zur optischen Achse des Hauptobjektivs steht, die ohne Beschränkung der Allgemeinheit im wesentlichen vertikal gerichtet ist ("horizontale Beleuchtungseinheit"). Das Beleuchtungs-Umlenkelement lenkt diesen Beleuchtungsstrahlengang dann in Richtung Objektebene auf den Fokus des Hauptobjektivs. Dieser Abschnitt des umgelenkten Beleuchtungsstrahlengangs schließt mit der Vertikalen (Lot auf die Objektebene) einen bestimmten Winkel ein. Bei einer Änderung der Brennweite des Hauptobjektivs, die bei dieser Anordnung zu einer Verschiebung der abgebildeten Objektebene in vertikale Richtung führt, muss dieser Winkel mitverändert werden, damit die Beleuchtung zentriert bleibt. Es hat sich überraschenderweise herausgestellt, dass diese Änderung des besagten Winkels bei feststehendem Beleuchtungs-Umlenkelement allein durch laterale Verschiebung der (insbesondere dem Umlenkelement nachgeschalteten) Beleuchtungs-Linsengruppe vorgenommen werden kann. Insbesondere ist eine lineare Verschiebung der Beleuchtungs-Linsenbaugruppe ausreichend, wobei diese Verschiebung bei einer dem Umlenkelement nachgeschalteten Linsenbaugruppe vorzugsweise parallel zur Objektebene stattfinden kann.
Bezüglich der Orientierung der Linsenbaugruppe seien zwei vorteilhafte Ausführungsformen erwähnt: Zum einen kann die Symmetrieachse der Linsenbaugruppe parallel zur Achse des Beleuchtungsstrahlengangs ausgerichtet sein. Die laterale Verschiebung kann bei der oben erwähnten Mikroskop-Beleuchtungs-Anordnung beispielsweise wiederum parallel zur Objektebene stattfinden. Die Linsenbaugruppe ist dann folglich gegenüber der lateralen Bewegungsrichtung verkippt angeordnet. Bei kreisförmiger Linsen- und Blendengeometrie hat das auf einer horizontalen Objektebene erzeugte Leuchtfeld in diesem Fall eine elliptische Geometrie, da die Achse des Beleuchtungsstrahlengangs nicht senkrecht auf die Objektebene steht. Die Orientierung der Linsenbaugruppe kann folglich zur Beeinflussung der Geometrie des Leuchtfelds gezielt eingesetzt werden. Beispielsweise kann die Symmetrieachse der Linsenbaugruppe in einem anderen Fall senkrecht zur Objektebene ausgerichtet werden und während der lateralen Verschiebung in dieser Weise ausgerichtet bleiben. Prinzipiell wäre auch denkbar, die Orientierung der Linsenbaugruppe während einer lateralen Verschiebung zu ändern, beispielsweise um Korrekturen der Leuchtfeldgeometrie vornehmen zu können.
Prinzipiell sind auch andersartige laterale Verschiebungen denkbar, beispielsweise solche Verschiebungen, die senkrecht auf die vom Beleuchtungs-Umlenkelement kommende Beleuchtungsachse stehen, oder aber Verschiebungen entlang einer Kurvenbahn, also beispielsweise entlang einer Kreisbahn eines Kreises mit Mittelpunkt im Beleuchtungs-Umlenkelement. Jedoch hat sich die genannte laterale Verschiebung parallel zur Objektebene bei dem beschriebenen Aufbau der Beleuchtungseinheit als besonders einfach und technisch zuverlässig realisierbar erwiesen.
Es ist zweckmäßig, wenn eine Steuereinheit zur Kopplung einer Änderung der Brennweite des Hauptobjektivs mit einem Betrag der lateralen Verschiebung des zumindest einen Teils der Beleuchtungsoptik vorgesehen ist. Hierbei ist es sinnvoll, für den konkreten Mikroskopaufbau mit der konkreten Beleuchtungseinheit zumindest für eine Anzahl von Arbeitsabständen (bzw. Brennweiten des Hauptobjektivs) die entsprechend notwendigen lateralen Verschiebungsbeträge zuzuordnen und hieraus einen entsprechenden Zusammenhang (numerisch oder in Form einer Formel) abzuleiten, der anschließend einer entsprechenden Steuerung eingeprägt wird. Der genannte Zusammenhang kann auch mit Hilfe geeigneter Software durch Strahlrückrechnung ("ray tracing") bei verschiedenen Arbeitsabständen und einer Best-Fit-Methode hergestellt werden. Auch an eine Regelung der Beleuchtungszentrierung lässt sich denken.
Es sei angemerkt, dass die geschilderten und noch zu schildernden Merkmale der Erfindung nicht nur in der hier angegebenen Kombination, sondern soweit technisch sinnvoll auch in Alleinstellung oder in anderen Kombinationen verwendet werden können, ohne den Rahmen vorliegender Erfindung zu verlassen.
Im folgenden soll ein Ausführungsbeispiel, das in der Zeichnung schematisch dargestellt ist, die Erfindung und ihre Vorteile näher beschreiben.
1 zeigt schematisch den Aufbau eines Mikroskops, mit dem die Erfindung bevorzugt eingesetzt werden kann,
2 zeigt den Einfluss eines veränderten Arbeitsabstands auf die Beleuchtungszentrierung und
3 zeigt schematisch einen Ausschnitt aus dem Mikroskop gemäß 1, der nur die erfindungswesentlichen Komponenten zeigt.
1 zeigt schematisch den grundsätzlichen Aufbau eines Mikroskops 10, das hier als Operations-Stereomikroskop ausgebildet ist, wobei zur besseren Darstellung nur die Beobachtungsachse R_o dargestellt ist. Häufig weisen solche Operationsmikroskope neben einem Paar von Hauptbeobachtungs-Strahlengängen ein zusätzliches Paar von Beobachtungsstrahlengängen für die Assistentenbeobachtung auf. Solche Mikroskope sind an sich bekannt und sollen daher vorliegend nicht näher erläutert werden. Es sei in diesem Zusammenhang auf das in der bereits genannten EP 1 424 582 B1 beschriebene Stereomikroskop hingewiesen, bei dem, wie auch vorliegend, ein "liegendes" Zoomsystem 30 realisiert ist.
Das Operationsmikroskop 10 verfügt über ein Hauptobjektiv 20, welches als Multifokus (oder Varioobjektiv) ausgebildet ist, also ein Objektiv veränderlicher Brennweite darstellt. Das Hauptobjektiv 20 definiert eine optische Achse 23, die senkrecht auf eine Objektebene 100 steht. Durch Veränderung der Brennweite des Hauptobjektivs 20 kann auf die jeweilige Objektebene 100 fokussiert werden. Die Beobachtungsstrahlengänge verlaufen parallel zur gezeigten optischen Achse 23 und liegen beispielsweise entweder in der Zeichenebene oder in einer Ebene senkrecht zur Zeichenebene, die die optische Achse 23 enthält. Zur Umlenkung der Beobachtungsstrahlengänge ist ein erstes Umlenkelement 50 im Strahlengang angeordnet, das die Beobachtungsstrahlengänge aus einer im wesentlichen vertikalen Richtung in eine im wesentlichen horizontale Richtung in das "liegende" Zoomsystem 30 lenkt. Das Zoomsystem 30 ist mit seiner Längsachse in einer ersten Horizontalebene I angeordnet. Anstelle eines Zoomsystems 30, das der kontinuierlichen Vergrößerung des Objektbildes dient, kann auch ein diskret arbeitender Vergrößerungswechsler vorgesehen sein. Mittels weiterer Umlenkelemente 51 und 52 wird der Beobachtungsstrahlengang in eine zweite Horizontalebene II gelenkt. Hier ist der Tubus 60 angeordnet, der den Beobachtungsstrahlengang in mindestens ein Okular 70 lenkt, durch das ein Beobachter 110 das Mikroskopbild betrachten kann. Der prinzipielle Aufbau der beschriebenen Mikroskopkomponenten, wie Hauptobjektiv, Zoomsystem, Tubus und Okular oder Binokulartubus sind dem Fachmann geläufig. In dem in 1 dargestellten Strahlenverlauf können optische Zusatzkomponenten, wie Filter, Bildumkehrer, Komponenten zur Verlängerung der optischen Weglänge, Strahlenteiler für assistentische Mitbetrachtung und Ein- und Ausspiegelungen (z. B. Dateneinspiegelung), etc. angeordnet sein. Schließlich kann zwischen dem Zoomsystem 30 und dem Tubus 60 ein Ausgang (optisch/mechanisch) für Dokumentation (Kamera, Video etc.) vorhanden sein.
Zur Objektbeleuchtung dient eine Beleuchtungseinheit 40, die mit ihrer Längsachse im wesentlichen horizontal unterhalb des Zoomsystems 30 ergonomisch günstig angeordnet sein kann. Dargestellt ist hier eine Faserbeleuchtung über einen Lichtleiter 80. Es kann sich aber ebenso beispielsweise um eine direkte Halogen-, Xenon- oder LED- Beleuchtung handeln. Der von der Beleuchtungseinheit 40 erzeugte Beleuchtungsstrahlengang, der anhand seiner Beleuchtungsachse R_i dargestellt ist, wird mittels eines Beleuchtungs-Umlenkspiegels 43 in Richtung Objektebene 100 gelenkt. Wie aus 1 ersichtlich, wird der Beleuchtungsstrahlengang außerhalb des Hauptobjektivs 20 des Mikroskops 10 geführt. Folglich muss bei einer Brennweitenänderung des Hauptobjektivs 20, die zu einer Verschiebung der Objektebene 100 in vertikaler Richtung führt, für eine optimale Beleuchtung der Beleuchtungsstrahlengang nachgeführt werden. Die erfindungsgemäße Art dieser Nachführung der Beleuchtung soll anhand von 3 näher erläutert werden.
Wie aus 1 ersichtlich, schließt die Achse R_i des Beleuchtungsstrahlengangs mit der Achse R_o des Beobachtungsstrahlengangs den Winkel θ ein.
2 verdeutlicht die notwendige Veränderung des genannten Winkels θ bei einer Änderung der Brennweite des Hauptobjektivs 20 oder einer Änderung des Arbeitsabstands dieses Hauptobjektivs 20 zur Objektebene 100. Bei geringer werdender Brennweite des Hauptobjektivs 20 und damit abnehmendem Arbeitsabstand vergrößert sich der Winkel θ. 2 zeigt zwei Extrempositionen, beispielsweise maximaler und minimaler Arbeitsabstand, wobei die Achse R_i2 des Beleuchtungsstrahlengangs auf den Fokus des Hauptobjektivs 20 bei größerem Arbeitsabstand gerichtet ist. Es ergibt sich hier der Winkel θ₂. Bei kleinerem Arbeitsabstand muss der Winkel θ vergrößert werden, bis beispielsweise der Winkel θ₁ mit der zugehörigen Beleuchtungsachse R_i1 erreicht ist. Aus dem maximalen und minimalen Arbeitsabstand des Hauptobjektivs 20 lässt sich somit ein Bereich des Winkels θ angeben, der mit einer Änderung des Arbeitsabstands nachzuführen ist, um eine zentrierte Beleuchtung zu erzielen.
3 zeigt nunmehr die hierzu notwendigen erfindungsgemäßen Maßnahmen in einer besonderen Ausführungsform. In 3 ist der Aufbau einer Beleuchtungseinheit 40 dargestellt, wie er vorzugsweise für vorliegende Erfindung eingesetzt werden soll. Der Kollektor (hier mit der Beleuchtungsquelle) ist mit 41 bezeichnet. Der Kollektor sammelt das Licht der Lichtquelle und bildet es über die Blende 42 und die Beleuchtungs-Linsenbaugruppe 44 in die Objektebene 100 ab. Bei der Blende 42 handelt es sich vorzugsweise um eine Irisblende mit veränderbarem Durchmesser. Als Beleuchtungs-Umlenkelement 43 kann ein Planspiegel oder auch ein sphärischer Spiegel eingesetzt werden. Vorzugsweise ist die Beleuchtungs-Linsenbaugruppe 44 (von der Lichtquelle her gesehen) dem Beleuchtungs-Umlenkelement 43 nachgeschaltet. Dies stellt einen Unterschied zu der Beleuchtungseinheit 40 dar, wie sie in 1 geschildert worden ist. Die Linsenbaugruppe 44 kann eine Einzellinse oder aber (in der Regel) eine Kombination von Linsen darstellen. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Symmetrieachse der Linsenbaugruppe 44 senkrecht auf die Objektebene 100 orientiert. Der Einfachheit halber ist in 3 die gesamte Linsenbaugruppe 44 lateral verschiebbar dargestellt. Es soll aber betont werden, dass bei einem mehrgliedrigen Aufbau es ausreichend sein kann, nur einzelne Teile dieser Linsenbaugruppe lateral verschiebbar auszugestalten. Insbesondere könnten auch einzelne Teile dieser Linsenbaugruppe dem Umlenkelement 43 vorgeschaltet, andere dem Umlenkelement 43 nachgeschaltet sein.
Mittels lateraler Verschiebung der Linsenbaugruppe 44 kann der Beleuchtungsstrahlengang und somit seine Achse R_i einem sich verändernden Fokus des Hauptobjektivs 20 nachgeführt werden. Beispielsweise wird bei einem sich ändernden Arbeitsabstand gemäß 3 der Übergang des Winkels θ von θ₂ zu θ₁ durch eine in 3 dargestellte laterale Verschiebung der Linsenbaugruppe 44 nach links, also in Richtung Hauptobjektiv 20, vollzogen. Die laterale Verschiebung erfolgt in diesem Ausführungsbeispiel entlang einer Schnittlinie zweier Ebenen, wobei die eine Ebene parallel zur Objektebene 100 verläuft und die andere Ebene von den Achsen R_o und R_i aufgespannt wird.
Abweichend von der in 3 dargestellten Anordnung können auch leichte Modifikationen zum Einsatz kommen. Beispielsweise kann die Linsenbaugruppe 44 in einer bestimmten lateralen Position mit ihrer optischen Achse mit der Achse R_i des Beleuchtungsstrahlengangs zusammenfallen. Weiterhin kann anstelle einer Verschiebung parallel zur Objektebene 100 auch eine Verschiebung senkrecht zur Achse R_i des Beleuchtungsstrahlengangs vorgenommen werden. Wie bereits erwähnt, sind auch kreisbahnförmige Verschiebungen, beispielsweise entlang eines Kreisbogens mit Mittelpunkt im Auftreffpunkt der Achse R_i auf dem Umlenkelement 43, denkbar. Hierbei ist jedoch zu beachten, dass eine Kopplung der Brennweitenänderung des Hauptobjektivs mit einer linearen Bewegung der Linsenbaugruppe 44 technisch leichter zu realisieren ist als die Kopplung mit einer Drehbewegung. In diesem Zusammenhang sei nochmals darauf hingewiesen, dass das Umlenkelement 43 erfindungsgemäß nicht um eine Achse kippbar gelagert sein muss, da die laterale Verschiebung der Linsenbaugruppe alleine ge eignet ist, um eine Beleuchtungszentrierung innerhalb der möglichen Arbeitsabstände des Hauptobjektivs 20 zu ermöglichen.
Es ist vorteilhaft, wenn eine Steuereinheit 90 zur Kopplung einer Änderung der Brennweite des Hauptobjektivs mit einem Betrag der lateralen Verschiebung der Linsenbaugruppe 44 der Beleuchtungseinheit 40 vorgesehen ist. Die Steuereinheit 90 ist in 3 schematisch dargestellt, wobei über einen Eingang der Steuereinheit 90 dieser ein Signal zugeführt wird, das eine Änderung der Brennweite des Hauptobjektivs 20 angibt, und wobei über einen Ausgang der Steuereinheit 90 der entsprechend notwendige Verschiebungsbetrag der Linsenbaugruppe 44 ausgegeben wird. Der Zusammenhang zwischen Verschiebungsbetrag und Brennweitenänderung kann praktisch in einfacher Weise mit Hilfe bekannter Software durch das sogenannte "ray tracing" (Strahlrückrechnung) und einer Best-Fit-Methode hergestellt werden. Die laterale Verschiebung der Beleuchtungsachse R_i auf der Objektebene 100 hängt hierbei vom Abbildungsmaßstab der Linsenbaugruppe 44 und der lateralen Verschiebung dieser Linsenbaugruppe 44 ab.
Die Möglichkeiten zur Änderung der Brennweite eines Hauptobjektivs 20 sind bereits in der Beschreibungseinleitung genannt worden. Gängig ist die Kombination aus einer festen und einer bewegbaren Linse zur Änderung der Brennweite und der Schnittweite des Hauptobjektivs. Die Bewegung der bewegbaren Linse kann direkt abgegriffen werden und der sich ändernden Schnittweite des Hauptobjektivs oder seinem Arbeitsabstand zugeordnet werden. Insgesamt lässt sich die erfindungsgemäße Beleuchtungs zentrierung somit mit bekannten Steuermethoden praktisch umsetzen.

10: Mikroskop
20: Hauptobjektiv
23: optische Achse
30: Zoomsystem
40: Beleuchtungseinheit
41: Kollektor
42: Blende, Irisblende
43: Beleuchtungs-Umlenkelement
44: Linsenbaugruppe
50: Umlenkelement
51: Umlenkelement
52: Umlenkelement
60: Tubus
70: Okular
80: Lichtleiter
90: Steuereinheit
100, 100': Objektebene
110: Beobachter
I: erste Horizontalebene
II: zweite Horizontalebene
R_o: Beobachtungsachse
R_i: Beleuchtungsachse
θ: Winkel R_i zu R_o

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 19523712 C2 [0002, 0002]
- DE 19537868 B4 [0002, 0004]
- EP 0321586 B2 [0006]
- US 6473229 B2 [0008]
- EP 1424582 B1 [0009, 0028]

Claims

Mikroskop (10) mit einem Hauptobjektiv (20) veränderbarer Brennweite und mit einer Beleuchtungseinheit (40) umfassend eine Lichtquelle und eine Beleuchtungsoptik (41, 42, 43, 44) zur Erzeugung eines auf eine Objektebene (100) gerichteten, außerhalb des Hauptobjektivs (20) verlaufenden Beleuchtungsstrahlengangs, wobei Mittel zur Zentrierung der Beleuchtung in Abhängigkeit von einer Änderung der Brennweite des Hauptobjektivs (20) vorhanden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungsoptik (41–44) zumindest zum Teil zur Zentrierung der Beleuchtung lateral verschiebbar gelagert ist.
Mikroskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungseinheit (40) als Beleuchtungsoptik (41–44) einen Kollektor (41), eine Blende (42), ein Beleuchtungs-Umlenkelement (43) sowie eine Linsenbaugruppe (44) zur Fokussierung des Beleuchtungsstrahlengangs auf die Objektebene (100) aufweist.
Mikroskop nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungsoptik (41–44) eine zumindest zum Teil lateral verschiebbar gelagerte Linsenbaugruppe (44) aufweist.
Mikroskop nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Beleuchtungs-Umlenkelement (43) in seiner Position fest ist.
Mikroskop nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Linsenbaugruppe (44) zumindest zum Teil parallel zur Objektebene (100) verschiebbar gelagert ist.
Mikroskop nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Symmetrieachse der Linsenbaugruppe (44) parallel zur Achse (R_i) des Beleuchtungsstrahlengangs ausgerichtet ist.
Mikroskop nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Symmetrieachse der Linsenbaugruppe (44) senkrecht zur Objektebene (100) ausgerichtet ist.
Mikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinheit (90) zur Kopplung einer Änderung der Brennweite des Hauptobjektivs (20) mit einem Betrag der lateralen Verschiebung des zumindest einen Teils der Beleuchtungsoptik (41, 42, 43, 44) vorgesehen ist.
Mikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Mikroskop (10) ein dem Hauptobjektiv (20) von der Objektebene (100) aus gesehen nachgeschaltetes Zoomsystem (30) aufweist.
Mikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Zoomsystem (30) und Hauptobjektiv (20) ein Umlenkelement (50) angeordnet ist, das den vom Hauptobjektiv (20) kommenden Beobachtungsstrahlengang in eine erste Horizontalebene (I) lenkt, in der die Längsachse des Zoomsystems (30) liegt.
Mikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Mikroskop einen Tubus (60) und mindestens ein Okular (70) aufweist, die dem Zoomsystem (30) nachgeschaltet sind.
Mikroskop nach Anspruch 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der Tubus (60) mit seiner Längsachse in einer zweiten Horizontalebene (II) angeordnet ist, die im wesentlichen parallel zur ersten Horizontalebene (I) verläuft.
Mikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Mikroskop (10) als Stereomikroskop, insbesondere als Operationsmikroskop, ausgebildet ist.