CN101365977B - 光学系统的操作方法和光学系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及光学系统(1)的操作方法和光学系统。在该方法中，借助于光学系统(1)所包括的显微镜(2)使研究对象在图像面中三维成像，其中，显微镜(2)具有至少一个配置给各光路(3，4)的透镜系统和配置给所述光路或每支光路(3，4)的聚光透镜装置(11)，其中，至少一个透镜系统包括第一透镜装置(3a；4a)和布置在第一透镜装置(3a；4a)与聚光透镜装置(11)之间的第二透镜装置(3b；4b)。此外，该方法包括以下步骤：借助于输入装置(21)获得使用者输入数据以调整显微镜(2)的调焦和/或放大比；在与输入装置(21)联接的控制装置(20)中产生配置给获得的使用者输入数据以调整调焦和/或放大比的控制信号，其中，根据预先存储在与控制装置(20)相连的存储装置(22)中的预调数据形成相应的控制信号；将控制信号传递给一个或多个对应的电动机驱动的调节装置(7-10，13)以移动第一透镜装置(3a；4a)、第二透镜装置(3b；4b)和/或聚光透镜装置(11)；以及通过借助于各电动机驱动的调节装置(7-10，13)移动第一透镜装置(3a；4a)、第二透镜装置(3b；4b)和/或聚光透镜装置(11)根据控制信号调整显微镜(2)的调焦和/或放大比。

Description

光学系统的操作方法和光学系统
技术领域
本发明涉及光学系统的操作方法和光学系统。
背景技术
光学系统例如立体显微镜在不同的应用中用于产生研究对象的三维图像。例如，这样的光学系统用于医疗手术显微镜，以便观察手术区域。
研究对象的三维图像是使用立体显微镜(也即以反射式显微镜仪器等级表示)产生的。研究对象是从外面受到照射的。通常形成两支分开的光路，这两支光路各配置有透镜系统。两支光路的光轴穿过在研究对象的方向上预支承透镜系统的聚光透镜装置。无论是透镜系统还是聚光透镜装置，都可包括多个光学透镜。使用不同的光学透镜，以便调节立体显微镜的焦点和放大比。为此，透镜单独地或成组地沿着各自配置的光轴移动。
为调焦或调整放大比而进行的光学元件的移动可借助于电动机驱动的调节装置实现，该电动机驱动的调节装置使光学元件沿着光轴移到理想的位置。与已是公知的用手移动光学元件的情况相比，这样的电动机驱动的调节装置是以操作部件例如是调控电压或电流供给的控制装置由使用者操作的。只要使用者接通操作部件，透镜就沿着光轴移动。通过使用者断开操作部件，上述运动停止。
在专利文献DE 103 23 629A1中，描述了一种行波场线性电动机，利用该电动机，布置在套筒中的光学元件例如光学透镜可沿着光轴移动。这一点是借助于沿着光轴移动的磁性行波场而实现的。磁性行波场乃至光学元件的移动位置可非常精细地调整。已知的行波场线性电动机有利于光学系统的小型化。
发明内容
本发明的任务在于，提供一种具有显微镜的光学系统的操作方法和一种光学系统，尤其是在简化操作和有针对性地定位光学通道内的光学元件方面，改进了操作便利性。
根据本发明，该任务是通过如独立权利要求1所述的具有显微镜的光学系统的操作方法和如独立权利要求11所述的具有显微镜的光学系统解决的。
本发明的构思在于，光学系统要这样操作，以致通过对获得的使用者输入数据作出反应而在控制装置中根据存储的预调数据产生控制信号并借助于各电动机驱动的调节装置转换成显微镜光学元件的运动，对改变显微镜调焦和/或放大比的使用者输入数据作出反应而借助于电动机驱动的调节装置自动产生理想的调焦和/或理想的放大比。为此，存储的预调数据包括有关显微镜的光学元件尤其是透镜相对于一定的调焦和/或放大比的位置的电子信息。
按此方式，显微镜可根据获得的使用者输入数据依靠存储的预调数据自动地如此调整，以致确定一定的调焦和/或一定的放大比。预调是例如借助于光具座上的测量对光学系统预先测定并以电子数据的形式存储的。
使用者不必像现有技术设定得那样使光学元件独立地沿着光轴移动并寻找最佳定位。而是仅让使用者规定理想的调焦和/或理想的放大比，于是光学系统自动考虑存储的预调数据进行调焦/放大比调节。也无需用手移动透镜。
本发明适宜的实施方式在于，在调焦的调整中，通过使控制信号所包括的粗控信号在控制装置中产生并自控制装置传递给聚光透镜装置的电动机驱动的调节装置以及聚光透镜装置借助于聚光透镜装置电动机驱动的调节装置根据粗控信号移动，实施粗调焦。按照不复杂的方式，就可实现单独的粗调焦，选择性地作为随后细调焦的前置级。
在本发明的优选实施方式中，可这样规定：在调焦的调整中，通过使控制信号所包括的细控信号在控制装置中产生并自控制装置传递给一支或全部光路中第一透镜装置的各电动机驱动的调节装置以及一支或全部光路中的第一透镜装置借助于各电动机驱动的调节装置根据细控信号移动，实施细调焦。如此一来，就可借助于透镜定位的精细分级实现较佳的调焦。
在本发明的有利的实施方式中，这样规定：通过使控制信号所包括的放大控制信号在控制装置中产生并自控制装置传递给一支或全部光路中第二透镜装置的各电动机驱动的调节装置以及一支或全部光路中的第二透镜装置借助于各电动机驱动的调节装置根据放大控制信号移动，实施放大比的调整。如此一来，就能实现对于使用者可方式简单地规定的理想放大比的调整。此外，对复杂的光学系统不熟悉的使用者不用再调整给定的放大比。
相对于预调数据待存储的电子信息的范围在本发明适宜的实施方式中这样最小化，即，在控制装置中产生控制信号以调整调焦和/或放大比时，在存储预调数据的选择预调数据之间进行内插。借助于内插，也可实施所属的透镜定位未预先测量的调焦和/或放大比调整。通常，在考虑的预调数据之间进行线性内插。
在本发明适宜的改进中，可这样规定：聚光透镜装置、第一透镜装置和/或第二透镜装置在根据控制信号移动时借助于各电动机驱动的调节装置线性移动。为了实施移动，优选给线性电动机加载控制信号。这样的运动结构在移动时的优点在于，可实现透镜精细分级的移动。这提高了理想调焦和/或理想放大比调整的精确性。
为使研究对象的三维图像用于范围广泛的处理，在本发明有利的构型中这样规定：研究对象在多个各自配置给光路的电子存储介质上三维成像。当然，光学光路同样可通过所谓的镜筒直接供人眼观察。
本发明的优选构型规定：通过借助于各电动机驱动的调节装置移动第一透镜装置、第二透镜装置和/或聚光透镜装置，在光路中调整各放大比，其中可调整的光路的各放大比彼此不同。按此方式，如果将光学系统构造为立体显微镜，可在监视器或光电照相机上产生一个通道的放大显示，而另一个通道例如对于操作员的目视观察来说放大的程度较小。
光学系统优选包括立体显微镜。
事实证明，为实现透镜在显微镜中准确而精细分级的移动，电动机驱动的调节装置在使用活动的磁性行波场的情况下是特别有利的，正如在专利文献DE 103 23 629A1中描述的那样。
本发明在具有显微镜的光学系统的从属权利要求中的实施方式相应地具有与在从属方法权利要求中的所属技术特征相关联的优点。
附图说明
以下结合实施例参照附图对本发明作出详细说明。其中：
图1示出了具有立体显微镜的光学系统的示意全景图；
图2示出了图1光学系统中立体显微镜的光学透镜的透视图。
具体实施方式
图1示出了具有立体显微镜2的光学系统1的示意图。立体显微镜2中形成两支光路3、4。借助于立体显微镜2，利用两支光路3、4使研究对象(未示出)在视频芯片5、6上三维成像。视频芯片5、6用作三维成像的电子存储器，随后便可实施图像处理。
沿着两支光路3、4中的光轴，各布置有第一透镜装置3a、3b和第二透镜装置4a、4b。第一透镜装置3a、3b和第二透镜装置4a、4b分别包括一个或多个光学透镜。光学透镜保持在各自的承接件中，又可借助于电动机驱动的调节件7、8、9、10沿着各光轴移动。
两支光路3、4分配给同样保持在承接件12中的聚光透镜装置11。聚光透镜装置11在承接件12中可借助于另一调节件13移动。
电动机驱动的调节件7、8、9、10、13与控制装置20联接，于是由控制装置20产生的控制信号可传递给电动机驱动的调节件7、8、9、10、13，以便进行立体显微镜2的调焦和/或放大比调节。控制装置20在其一侧与输入装置21连接，利用输入装置21获得使用者输入数据。输入装置2 1例如是按钮电键或键盘，正如在仪器的操作区范围中已知的那样。
电动机驱动的调节件7、8、9、10、13可以是受旋转磁场驱动的调节装置。作为替换，电动机驱动的调节件7、8、9、10、13可以是电磁行波场线性电动机以移动光学元件。这样的电磁行波场线性电动机具有轴向活动的滑动套筒，该滑动套筒在套管中滑动并接纳至少一个轴向极化的永久磁铁和一个或多个光学元件。此外，设置至少具有三个线圈的装置，线圈环绕套管并可经由独立可变的绕流产生磁性行波场，该磁性行波场通过磁性回流在软磁外管和软磁转子极靴上聚焦导向并放大。三相的行波场用于使永久磁铁和与之相连的滑动套筒轴向移动。行波场经由与永久磁铁的相互作用产生自保持力，自保持力通过反作用力而定位转子并稳定光学元件位置。将电磁行波场线性电动机用作本发明电动机驱动的调节装置，使得本发明光学系统1的结构明显紧凑。此类电磁行波场线性电动机的其它细节参见专利文献DE 103 23 629A1。
立体显微镜2的结构长度这样得以缩短，即，为了进行细调焦，不仅聚光透镜装置11借助于电动机驱动的调节件13移动，电动机驱动的调节装置3a、4a也移动。立体显微镜2的放大比借助于第二透镜装置3b、4b的移动实现。第二透镜装置3b、4b可彼此独立地调节，于是就可在一定的时间点调整两支光路3、4中彼此不同的放大比。
如果借助于输入装置21获得调节立体显微镜2的调焦和/或放大比的使用者输入数据，则随后在控制装置20中根据预调数据产生控制信号，预调数据电子地存储在与控制装置20连接的存储装置22中。在此涉及关于两支光路3、4之一中第一透镜装置3a、4a和第二透镜装置3b、4b和/或聚光透镜装置11相对于一定的调焦和/或放大比定位的电子信息。
如果在获得使用者输入数据之后得出：相对于理想的调焦和/或理想的放大比没有存储准确配合的预调数据，控制装置20就测定相邻调焦/放大比的预调数据并从中线性插入产生相应控制信号的信息。
图2示出了图1光学系统中立体显微镜2的第一透镜装置3a、4a和第二透镜装置3b、4b的光学透镜的透视图。
本发明公开在前述说明、权利要求以及附图中的特征无论是单独地还是采取任意组合对本发明在其不同实施方式中的实现都极具意义。

Claims (12)

1.一种光学系统(1)的操作方法，在该方法中，借助于光学系统(1)所包括的显微镜(2)使研究对象在图像面中三维成像，其中，显微镜(2)具有配置在每个光路(3，4)上的一个或多个透镜系统和配置给所述光路(3，4)的聚光透镜装置(11)，其中，该透镜系统包括第一透镜装置(3a；4a)和布置在第一透镜装置(3a；4a)与聚光透镜装置(11)之间的第二透镜装置(3b；4b)，并且，该方法包括以下步骤：
借助于输入装置(21)获得使用者输入数据以进行显微镜(2)的调焦和/或放大比调节；
在与输入装置(21)联接的控制装置(20)中产生与获得的使用者输入数据对应的控制信号以进行调焦和/或放大比调整，其中，控制信号是根据预先存储在与控制装置(20)相连的存储装置(22)中的预调数据形成的；
将控制信号传递给相应电动机驱动的调节装置(7-10，13)以移动第一透镜装置(3a；4a)、第二透镜装置(3b；4b)和聚光透镜装置(11)；
借助于各电动机驱动的调节装置(7-10，13)分别移动第一透镜装置(3a；4a)、第二透镜装置(3b；4b)和聚光透镜装置(11)，根据控制信号进行显微镜(2)的调焦或放大比调节；
在调焦中，通过使控制信号所包括的粗控信号在控制装置(20)中产生并自控制装置(20)传递给聚光透镜装置(11)的电动机驱动的调节装置(13)以及聚光透镜装置(11)借助于聚光透镜装置(11)电动机驱动的调节装置(13)根据粗控信号移动，实施粗调焦；
在调焦中，通过使控制信号所包括的细控信号在控制装置(20)中产生并自控制装置(20)传递给用于移动全部光路(3，4)中第一透镜装置(3a；4a)的电动机驱动的调节装置(7，9)以及全部光路中的第一透镜装置(3a；4a)借助于相应的电动机驱动的调节装置(7，9)根据细控信号移动，实施细调焦；
通过使控制信号所包括的放大控制信号在控制装置(20)中产生并自控制装置(20)传递给用于移动全部光路(3，4)中第二透镜装置(3b；4b)的电动机驱动的调节装置(8；10)以及全部光路(3，4)中的第二透镜装置(3b；4b)借助于相应的电动机驱动的调节装置(8；10)根据放大控制信号移动，实施放大比的调整。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在控制装置(20)中产生控制信号以进行调焦或放大比调整时，在存储预调数据的选择预调数据之间进行内插。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，聚光透镜装置(11)、第一透镜装置(3a；4a)和第二透镜装置(3b；4b)在根据控制信号移动时借助于各自相对应的电动机驱动的调节装置(7-10，13)线性移动。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在各电动机驱动的调节装置(7-10，13)中分别给线性电动机加载控制信号，线性电动机使聚光透镜装置(11)、第一透镜装置(3a；4a)和第二透镜装置(3b；4b)根据控制信号移动。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，电动机驱动的调节装置(7-10，13)为电磁行波场线性电动机。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在两支光路(3；4)上配置有用于研究对象的三维成像的电子存储介质(5，6)，或者研究对象也可通过镜筒直接供观察者观察。
7.一种具有显微镜(2)以使研究对象成像的光学系统(1)，其中显微镜(2)具有配置在每个光路(3，4)上的一个或多个透镜系统和配置给所述光路(3，4)的聚光透镜装置(11)，该一个或多个透镜系统包括第一透镜装置(3a；4a)和布置在第一透镜装置(3a；4a)与聚光透镜装置(11)之间的第二透镜装置(3b；4b)，其特征在于，包括：
-输入装置(21)，相对于显微镜(2)待进行的调焦或待调整的放大比获得使用者输入数据；
-控制装置(20)，其与输入装置(21)联接且利用其可产生与所获得的使用者输入数据对应的控制信号以进行调焦或放大比调整，其中，预先存储在与控制装置(209)相连的存储装置(22)中的控制信号预调数据相应形成；
-与第一透镜装置(3a；4a)、第二透镜装置(3b；4b)和聚光透镜装置(11)对应的电动机驱动的调节装置(7-10，13)，所述电动机驱动的调节装置根据控制信号分别调节第一透镜装置(3a；4a)、第二透镜装置(3b；4b)和聚光透镜装置(11)；
-传递部件，将控制信号传递给与第一透镜装置(3a；4a)、第二透镜装置(3b；4b)和聚光透镜装置(11)对应的电动机驱动的调节装置(7-10，13)中的一个或多个；
聚光透镜装置(11)的电动机驱动的调节装置(13)与粗调焦配合，于是利用聚光透镜装置(11)的电动机驱动的调节装置(13)就可处理来自控制装置(20)并包含于控制信号中的粗控信号；
一支或全部光路(3，4)中第一透镜装置(3a；4a)的电动机驱动的调节装置(7；9)与细调焦配合，于是利用一支或全部光路(3，4)中第一透镜装置(3a；4a)的电动机驱动的调节装置(7；9)就可处理来自控制装置(20)并包含于控制信号中的细控信号以进行细调焦；
一支或全部光路(3，4)中第二透镜装置(3b；4b)的电动机驱动的调节装置(8；10)与放大比配合，于是利用一支或全部光路(3，4)中第二透镜装置(3b；4b)的电动机驱动的调节装置(8；10)就可处理来自控制装置(20)并包含于控制信号中的放大控制信号以调整放大比；
借助于第二透镜装置(3b；4b)的移动在光路(3，4)中调节放大比，其中，光路(3，4)各自可调的放大比彼此不同。
8.如权利要求7所述的光学系统，其特征在于，控制装置(20)包括内插部件，利用该内插部件，在控制装置(20)中产生控制信号以进行调焦或放大比调整时，在存储预调数据的选择预调数据之间进行内插。
9.如权利要求7所述的光学系统，其特征在于，聚光透镜装置(11)、第一透镜装置(3a；4a)和第二透镜装置(3b；4b)的各电动机驱动的调节装置(7-10，13)包括线性电动机。
10.如权利要求7所述的光学系统，其特征在于，聚光透镜装置(11)、第一透镜装置(3a；4a)和第二透镜装置(3b；4b)布置在套筒中并可借助于活动的磁性行波场在相应的套筒中移动。
11.如权利要求7所述的光学系统，其特征在于，配置给每个光路(3；4)上的电子存储介质(5，6)用于研究对象的三维成像。
12.如权利要求7所述的光学系统，其特征在于，与聚光透镜装置(11)、第一透镜装置(3a；4a)和第二透镜装置(3b；4b)对应的电动机驱动的调节装置(7-10，13)受到旋转磁场的驱动。
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