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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Stereo-Mikroskop für die Retinalchirurgie
nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Inverter-System
für ein
derartiges Stereomikroskop.
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Stereomikroskope
finden insbesondere als Operationsmikroskope Verwendung. In herkömmlichen
Operationsmikroskopen wird für
die spezielle Anwendung der intraokularen Chirurgie, beispielsweise
der Netzhautchirurgie, eine Zusatzoptik an dem Stereomikroskop benötigt. Diese
besteht aus Linsen oder Linsengruppen, die dem Hauptobjektiv (objektseitig)
vorgeschaltet sind. Bei Verwendung derartiger Zusatzoptiken werden
ebenfalls Systeme zur Bildaufrichtung benötigt, da die Zusatzoptiken das
Mikroskopbild höhen-
und seitenverkehrt sowie tiefenverkehrt und damit in der Beobachtung
pseudostereoskopisch abbilden. „Höhenverkehrt" ist hierbei im Sinne einer Vertauschung
von oben und unten zu verstehen. "Seitenverkehrt" bedeutet eine Vertauschung von rechts
und links. Diese beiden Effekte sind jeweils für beide stereoskopische Kanäle festzustellen. „Tiefenverkehrt" ist in dem Sinne
zu verstehen, dass Objekte in weiterer Entfernung in die Nähe gerückt, und
Objekte in näherer
Entfernung in die Ferne gerückt
erscheinen. Beispielsweise bei der Beobachtung von reliefartigen
Strukturen bedeutet dies, dass Erhöhungen als Vertiefungen wahrgenommen werden und
umgekehrt. Dieser Effekt ist auf die Vertauschung der beiden stereoskopischen
Kanäle durch
das Invertersystem zurückzuführen. Um
mikrochirurgisch arbeiten zu können,
ist aber ein aufgerichtetes, stereoskopisch richtiges Bild erforderlich. Gleichzeitig
mit der notwendigen Bildaufrichtung muß daher im Operationsmikroskop
eine Vertauschung der beiden Beobachtungsstrahlengänge (Pupillenvertauschung)
erfolgen, um bei der stereoskopischen Betrachtung den ansonsten
auftretenden Pseudo-Stereoeffekt zu vermeiden. Derartige System
zur Bildaufrichtung werden als Inverter-System bezeichnet. Eine
bekannte Ausführungsform
eines derartigen Inverter-Systems ist das beispielsweise in der
US 5,009,487 offenbarte
sogenannte SDI-System (stereoskopischer Diagonal-Inverter).
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Derartige
SDI-System werden von verschiedenen Herstellern angeboten, und werden
von den Stereomikroskop-Herstellern als Fremdprodukt in die jeweiligen
Stereomikroskope eingebaut. Oftmals treten jedoch durch den Einbau
eines derartigen Fremdprodukts Beeinträchtigungen der Bildqualität aufgrund
von Vignettierungen, Lichtverlust und Reflexen auf. Es ist ferner
festzustellen, dass die Ergonomie eines derart modifizierten Operationsmikroskops
sich verschlechtert, da für
den Einbau bzw. Anbau eines Inverter-Systems eine vergrößerte Bauhöhe des Mikroskops
notwendig ist.
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Es
ist ferner zur Schaffung eines flexibel einsetzbaren Operationsmikroskops
wünschenswert, das
Mikroskop auch ohne die vorgeschaltete Zusatzoptik verwenden zu können. Zu
diesem Zwecke schlägt
die erwähnte
US 5,009,487 ein mittels
eines Verschiebemechanismus bezüglich
der Strahlengänge
des Mikroskop ein- und ausschiebbares Inverter-System vor.
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Ein
gattungsgemäßes Stereomikroskop
ist aus der
DE 101
40 402 A1 bekannt. Diese Druckschrift beschreibt ein ophthalmologisches
Mikroskop mit ein- und ausschwenkbarem Vorsatzmodul zur Beobachtung
der Retina und mit zugehörigem
Invertiersystem, das sich durch geringe optische Weglänge und
Bauhöhe
auszeichnet. Eine ähnliche
Vorrichtung ist aus der
DE
101 46 971 A1 bekannt.
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Die
DE 692 26 660 T2 offenbart
ein ophthalmologisches Mikroskop mit ein- und ausschwenkbarem Vorsatzmodul
und zugehörigem
Invertiersystem, bei dem unter anderem auf die bildverschlechternden Eigenschaften
von Luftspalten im Rahmen eines Prismeninversionssystems hingewiesen
wird.
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Schließlich offenbart
die
EP 1 424 582 A1 ein Stereomikroskop
mit horizontal angeordnetem Zoomsystem, bei dem ein optisches Element
den Beobachtungsstrahlengang verlängert.
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Die
Erfindung strebt an, ein vielseitig einsetzbares Stereomikroskop
bereit zu stellen, welches sowohl mit einer vorgeschalteten Zusatzoptik
zusammen mit einem Inverter-System, als auch ohne Benutzung dieser
beiden Komponenten verwendet werden kann.
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Dieses
Ziel wird erreicht mit einem Stereomikroskop mit den Merkmalen des
Patentanspruchs 1 sowie ein Inverter-System mit den Merkmalen des Patentanspruchs
7.
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Das
erfindungsgemäße Stereomikroskop zeichnet
sich dadurch aus, dass sowohl bei Verwendung einer vorgeschalteten
Zusatzoptik und der hiermit einhergehenden Verwendung eines Invertersystems,
als auch bei Nicht-Verwendung dieser beiden Elemente eine sehr gute Übertragung
der Strahlengänge
innerhalb des Mikroskops gewährleistet
werden kann. Negative Effekte wie etwa Intensitätsverluste oder Vignettierungen
können
erfindungsgemäß wirksam
vermieden werden. Dadurch, dass erfindungsgemäß vorgesehen ist, bei einem
aus dem Strahlengang des Mikroskops herausgeschwenktem Invertersystem
zusätzlich
einen optischen Körper
in den dann freigewordenen Strahlengang einzuschwenken, kann auch
bei Anwendungen des Mikroskops, die keine vorgeschaltete Optik und
somit kein Invertersystem benötigen,
gewährleistet
werden, dass die Durchmesser der Strahlengänge innerhalb des gesamten
Mikroskops relativ klein bleiben. Bei herkömmlichen Mikroskopen bestand
die Schwierigkeit, dass die Strahlengänge bei herausgeschwenktem
Invertersystem relativ große
Strecken durch Luft entsprechend der Bauhöhe des ausgeschwenkten Invertersystems überwinden
mußten,
was zu einer unerwünschten
Aufweitung der Strahlengänge
und einer entsprechenden Vignettierung (Feldbeschnitt) führte. Erfindungsgemäß wird sowohl
bei eingeschwenktem als auch herausgeschwenktem Invertersystem eine
optisch günstige
Einschnürung
der Strahlengänge,
im einen Fall mittels des Invertersystems, im anderen Fall mittels
des zusätzlich
eingeschwenkten optischen Körpers,
gewährleistet.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Stereomikroskops sind Gegenstand der
Unteransprüche.
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Gemäß einer
besonders bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Stereomikroskops
ist der optische Körper
einstückig
mit dem Invertersystem ausgebildet. Diese Ausbildung erlaubt einen
besonders einfachen und mechanisch unproblematischen Austausch des
Invertersystems durch den optischen Körper und umgekehrt.
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Vorteilhafterweise
ist das Invertersystem als Prismensystem, insbesondere Porroprismensystem zweiter
Art, ausgebildet. Derartige Prismensysteme sind als Invertersysteme
allgemein bekannt. Insbesondere ist eine einstückige Ausbildung von Invertersystem
und optischem Körper
bei dieser Ausbildung vereinfacht. Beispielsweise ist hierbei der
optische Körper
mittels Verklebens an dem Prismensystem anbringbar. Diese Befestigung
von Prismensystem und optischem Körper aneinander ist besonders preisgünstig durchzuführen und
ist bei Verwendung eines geeigneten optischen Klebers besonders
vorteilhaft. Insbesondere ist in diesem Zusammenhang auf die Möglichkeit
der Klebejustierung hinzuweisen. Hierbei wird zunächst auf
eine oder beide der miteinander zu verklebenden Flächen ein
geeigneter, noch nicht ausgehärteter
Kleber aufgebracht. Anschließend
werden die Bauteile in einer hochgenauen Vorrichtung unter Sicht
aneinander justiert. Schließlich erfolgt
in der justierten Position eine Aushärtung des Klebers, beispielsweise
mittels UV-Strahlung. Es ist ebenfalls möglich, zunächst optische Rohkörper, d. h.
ein Rohprismensystem und einen Rohblock, miteinander zu verkleben
und anschließend
durch hochgenaues Schleifen in geeigneter Weise zu präparieren.
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Es
ist bevorzugt, dass der optische Körper aus einem Glas-, Kunststoff-
oder Keramikwerkstoff mit einem hohen Brechungsindex n, insbesondere
n > 1,6 oder n > 1,7, ausgebildet ist.
Insbesondere die Ausbildung eines als Invertersystem dienenden Prismensystems
und des optischen Körpers
aus einem gleichen oder gleichartigen Werkstoff erweist sich im Rahmen
einer Verklebung dieser Bauteile als besonders vorteilhaft. Beispielsweise
können
durch diese Maßnahme
auch an den Klebestellen auftretende Materialspannungen, etwa aufgrund
von unterschiedlichen Temperaturausdehnungskoeffizienten, minimiert
werden.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Stereomikroskops
sind das Inverter system und ein Tubussystem innerhalb eines Mikroskopgehäuseabschnitts
angeordnet. Mit dieser Ausbildung ist die ergonomische Bauhöhe des Mikroskops
in günstiger
Weise verringerbar, wodurch insbesondere der Einsatz eines Stereomikroskops
als Operationsmikroskop erleichtert ist. Bei herkömmlichen
Stereomikroskopen war es üblich,
lediglich ein Hauptobjektiv und ein Zoom-System in dem Mikroskopgehäuse unterzubringen.
Da Inverter-Systeme ferner typischerweise nicht vom Mikroskophersteller,
sondern von Fremdherstellern bereitgestellt werden, und vom Mikroskophersteller
in das Mikroskop eingebaut werden, waren herkömmlicherweise standardisierte
Schnittstellen zwischen dem Mikroskopgehäuse und dem Inverter bzw. auch zwischen
dem Inverter und einem diesem nachgeschalteten Tubus notwendig.
Gemäß der bevorzugten
Ausführungsform,
das Invertersystem und das Tubussystem innerhalb eines Mikroskopgehäuseabschnittes
anzuordnen, kann auf die Bereitstellung derartiger Schnittstellen
verzichtet werden, wodurch, wie erwähnt, die Bauhöhe des Mikroskops
verringerbar ist.
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Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend
noch zu erläuternden Merkmale
nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in
anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne
den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Die
Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels
in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter
Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
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1 zeigt
eine schematisch vereinfachte seitliche Schnittansicht einer bevorzugten
Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Stereomikroskops,
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2 zeigt
eine Draufsicht eines als Invertersystem verwendbaren Prismensystems
gemäß dem Stand
der Technik, und
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3 zeigt
eine bevorzugte Ausführungsform
eines Prismensystems in Kombination mit einem optischen Körper gemäß der vorliegenden
Erfindung in einer der 2 entsprechenden Darstellung.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Stereomikroskops
ist in 1 insgesamt mit 1 bezeichnet. Das Stereomikroskop 1 weist
ein Hauptobjektiv 2, ein Vergrößerungssystem 3 und
einen Binokulartubus 13 mit einer Tubuslinse 6 auf.
Bevorzugt erfolgt die Aufspaltung eines das Hauptobjektiv 2 durchsetzenden
einheitlichen Strahlenganges in zwei parallel verlaufende, stereoskopische
Strahlengänge
in dem Vergrößerungssystem 3. Das
Vergrößerungssystem 3 weist
zu diesem Zwecke einen nicht im einzelnen gezeigten Pankraten auf.
Er ist zweckmäßigerweise
als afokales System ausgebildet.
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Dem
Hauptobjektiv vorgeschaltet ist eine Zusatzoptik 2a. Diese
Zusatzoptik 2a ist, wie mittels des Doppelpfeils 20 angedeutet,
zur Durchführung
beispielsweise von intraokularer Chirurgie bzw. Retinalchirurgie
in die in 1 gezeigte Position unterhalb des
Hauptobjektives 2 einschwenkbar, und aus der dargestellten
Position wieder ausschwenkbar.
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Zur
Kompensation des aufgrund dieser Zusatzoptik 2a auftretenden
pseudostereoskopischen Effektes ist zwischen dem Vergrößerungssystem 3 und
der Tubuslinse 6 ein Invertersystem 7 vorgesehen.
Das Invertersystem 7 ist beispielsweise als SDI-System
(stereoskopischer Diagonalinverter) ausgebildet. Als besonders günstige Ausführungsform
eines SDI-Systems ist beispielsweise auf eine Kombination zweier
Paare von Porroprismen zweiter Art hinzuweisen. Das Invertersystem 7 ist
ebenfalls aus dem Strahlengang des Stereomikroskops ein- und ausschwenkbar,
wie mittels des weiteren Doppelpfeils 21 veranschaulicht.
Beide Verstellungen sind elektromechanisch gekoppelt und werden
bevorzugt gleichzeitig und gemeinsam ausgeführt.
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Zweckmäßigerweise
sind das Hauptobjektiv 2, das Vergrößerungssystem 3, das
Invertersystem 7 und der Binokulartubus 13 mit
der Tubuslinse 6 in bzw. an einem Mikroskopgehäuse 12 angeordnet. Die
Tubuslinse 6 und das Invertersystem 7 sind ferner
in einem gemeinsamen Tubusgehäuse 12a untergebracht.
In dem Tubusgehäuse 12a sind
ferner (nicht dargestellt) Okulare vorgesehen.
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Die
Zusatzoptik 2a ist objektseitig dem Mikroskopgehäuse 12 vorgeschaltet.
Es sei darauf hingewiesen, dass die Darstellung der Zusatzoptik 2a in der 1 rein
schematisch ist. Eine für
die Retinalchirurgie verwendbare Zusatzoptik eines Stereomikroskops
kann insbesondere eine oder zwei Linsen oder Linsengruppen umfassen.
Insbesondere umfaßt eine
derartige Zusatzoptik eine unmittelbar an dem zu untersuchenden
beziehungsweise zu operierenden Auge positionierbare, auch als BIOM-Linse
bekannte Linse. „BIOM" bezeichnet hierbei „binokular indirekte
ophthalmoskopische Mikroskopsysteme". Mit diesem Begriff wird der Tatsache
Rechnung getragen, dass die erwähnte,
dem Hauptobjektiv vorgeschaltete BIOM-Linse ein erstes Zwischenbild
des zu beobachtenden Objektes erzeugt, welches dann (indirekt) durch
die weitere Mikroskopoptik beobachtet wird.
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Es
sei darauf hingewiesen, dass in der Darstellung der 1 auf
eine Unterscheidung zwischen einem einheitlichen Strahlengang, wie
er das Hauptobjektiv 2 (und ggf. die Zusatzoptik 2a)
durchsetzt, und zwei parallel laufenden stereoskopischen Strahlengängen, wie
sie das Invertersystem 7, die Tubuslinse 6 und
die Okulare 13 durchsetzen, aus Gründen der Anschaulichkeit verzichtet
ist. Es sei lediglich erwähnt,
dass in der Darstellung der 1 die stereoskopisch
aufgespaltenen und parallel zueinander verlaufenden Achsen der Strahlengänge in der
Zeichenebene hintereinander verlaufen.
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Durch
die Integration des Invertersystems 7 sowie des Binokulartubus
mit der Tubuslinse 6 und in einem integrierten bzw. gemeinsamen
Tubusgehäuse 12a läßt sich
die Bauhöhe
des Stereomikroskops gegenüber
herkömmlichen
Lösungen
signifikant reduzieren, dies durch Verminderung bzw. Vermeidung der
bisher üblichen
und notwendigen Schnittstellen zum Inverter, der, wie erwähnt, als
Fremdprodukt in ein Mikroskop integriert werden mußte. Ferner
ist es hierdurch möglich,
eine dichtere Packung des Invertersystems 7 bezüglich der
Tubuslinse 6 zu realisieren, wodurch Vignettierungen deutlich
verringert werden und eine Verminderung der ursprünglichen
Bildhelligkeit durch Vignettierung wirksam vermieden bzw. reduziert
werden kann. Mit einer möglichst
dichten Packung des Invertersystems 7 und der Tubuslinse 6 aneinander
kann auch ein Feldbeschnitt vermieden werden. Ferner ist darauf
hinzuweisen, dass mit dieser Maßnahme
Reflexionen und Kontrastverschlechterungen durch Streulicht, die
herkömmlicherweise
ebenfalls durch einen relativ langen Weg zwischen dem Invertersystem 7 und
der Tubuslinse 6 auftraten, ebenfalls minimiert werden
können.
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Ist
ein Einsatz des Stereomikroskops 1 ohne die vorgeschaltete
Zusatzoptik 2a gewünscht,
müssen
die Zusatzoptik 2a sowie das Invertersystem 7, das
die pseudostereoskopischen Effekte aufgrund der Zusatzoptik 2a ausgleicht,
aus dem Strahlengang des Stereomikroskops entfernt werden. Dies
wird herkömmlicherweise
dadurch erreicht, dass diese beiden Elemente 2a, 7 aus
dem Strahlengang herausgeschwenkt werden. Dies führte dazu, dass der von den
Strahlengängen
zurückzulegende
Weg zwischen dem Vergrößerungssystem 3 und
der Tubuslinse 6 ein reiner Luftweg war. Das Zürücklegen
eines Luftwegs im Rahmen eines optischen Systems ist jedoch mit
einer Verschlechterung der Bildqualität verbunden, da es hierbei
zu Strahlaufweiterungen kommt, und somit beim Auftreffen auf die
Tubuslinse zu Vignettierungen.
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Dieser
Sachverhalt ist schematisch in 2 dargestellt.
Es sei hierbei davon ausgegangen, dass die stereoskopisch aufgespaltenen
Strahlengänge des
Stereomikroskops aus der Zeichenebene heraus bei 10a und 10b verlaufen.
In der Darstellung der 2 ist somit das Invertersystem 7 aus
dem Strahlengang des Mikroskops herausgeschwenkt. Bei Einschwenken
des Invertersystems 7 in den Strahlengang des Mikroskops
kommen die mit 10c, 10d bezeichneten Bereiche
des Invertersystems mit den Bereichen 10a bzw. 10b zur
Deckung.
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In
der Darstellung der 2 erkennt man, wie bereits unter
Bezugnahme auf 1 erwähnt, dass bei Herausschwenken
des Invertersystems aus den Strahlengängen 10a, 10b diese über eine
Höhe h
(siehe 1) durch Luft verlaufen.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Lösung ist
nun in 3 dargestellt. Das Invertersystem 7 entspricht
hierbei demjenigen, welches bereits unter Bezugnahme auf 2 beschrieben
wurde. Das dargestellte Invertersystem ist bevorzugt als eine Kombination
zweier Paare von Porroprismen zweiter Art realisiert.
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Das
Invertersystem 7 gemäß 3 ist
einstückig
mit einem optischen Körper
bzw. Block, insbesondere einem Glaskörper, Keramikkörper oder Kunststoffkörper 15 verbunden,
wobei die aneinander anliegenden Kanten 7a, 15a des
Invertersystems bzw. des optischen Körpers 15 zweckmäßigerweise miteinander
verklebt sind. Lediglich aus Gründen
der Anschaulichkeit ist in 3 ein Abstand
zwischen diesen beiden Flächen
eingezeichnet. Zur Verdeutlichung, dass das Inverter-System 7 gemäß 3 einstückig oder
nicht einstückig
mit dem optischen Körper 15 ausgebildet
sein kann ist in 3 ein Inverterbereich 8 explizit
hervorgehoben. Bei einstÜckiger Ausbildung
von Inverter-System und optischem Körper 15 ist somit
auch die Kombination dieser Bauteile als Inverter-System, welches
in diesem Fall einen Inverterbereich 8 und einen optischen
Körper 15 aufweist,
zu bezeichnen.
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Es
sei bezüglich 3 wiederum
davon ausgegangen, dass die stereoskopischen Strahlengänge des
Mikroskops bei 10a, 10b verlaufen. Der Unterschied
zu der Ausführungsform
gemäß 2 besteht
nun darin, dass auch in der ausgeschwenkten Position des Inverter-Systems 7 die
Strahlengänge 10a, 10b durch
ein optisch günstiges
Material, nämlich
Glas oder einen entsprechenden transparenten Kunststoff, verlaufen.
Auch Keramikmaterialien können
hierfür
geeignet sein. Die verwendeten Materialien sollten zur Bereitstellung
einer möglichst
günstigen
Einschnürung
der Strahlengänge
einen möglichst
hohen Brechungsindex n aufweisen, insbesondere Brechungsindizes
n > 1,6 oder 1,7.
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Durch
diese Maßnahme
wird eine Einschnürung
der Strahlengänge 10a, 10b auch
bei ausgeschwenktem Invertersystem 7 bewerkstelligt. Insgesamt
ist der Durchmesser der Strahlengänge auf der Ausgangsseite des optischen
Körpers 15 wesentlich kleiner
als an der entsprechenden Strahlengangposition ohne Verwendung des
optischen Körpers 15.
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Zweckmäßigerweise
wird das Invertersystem 7 über eine Steuereinheit mit
der Zusatzoptik 2a verbunden, so dass eine gleichzeitige
Ein- und Ausschwenkung des Invertersystems 7 und der Zusatzoptik 2a bewerkstelligt
werden kann. Eine derartige Steuereinheit ist an sich bekannt und
bedarf daher keiner weiteren Erläuterung.
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Es
sei angemerkt, dass zweckmäßigerweise in
den Binokulartubus 13 mit integriertem Invertersystem auch
Laser-Schutzfilter (Laser-Shutter) eingebaut werden können, die
ebenfalls direkt mit dem Invertersystem verbunden sein können und
somit ebenfalls die bisher bestehenden Mängel bezüglich Bauhöhe beseitigen.
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- 1
- Mikroskop
- 2
- Hauptobjektiv
- 2a
- Zusatzoptik
- 3
- Vergrößerungssystem
- 6
- Tubuslinse
- 7
- Invertersystem
(SDI-Baustein)
- 7a
- Seitenfläche des
Invertersystems
- 8
- Inverterbereich
- 10a,
10b
- stereoskopische
Strahlengänge
- 10c,
10d
- Durchgangsbereiche
des Invertersystems
- 12
- Mikroskopgehäuse
- 12a
- Tubusgehäuse
- 13
- Binokulartubus
- 15
- optischer
Körper
bzw. Block
- 15a
- Seitenfläche des
optischen Körpers bzw.
-
- Blocks
- 20
- Doppelpfeil
- 21
- Doppelpfeil