DE10134896A1 - Headset magnifier used for observing stereoscopically magnified objects, e.g. during surgery, comprises an objective system with a single entrance lens and two ocular systems - Google Patents
Headset magnifier used for observing stereoscopically magnified objects, e.g. during surgery, comprises an objective system with a single entrance lens and two ocular systemsInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Kopflupe zur stereoskopischen vergrößerten Betrachtung eines Objekts.The invention relates to a head magnifier for stereoscopic enlarged view of an object.
Eine derartige Kopflupe wird vom Betrachter wie eine Brille am Kopf getragen, wobei einem jeden Auge des Betrachters durch separat hierfür vorgesehene optische Kanäle ein Bild des zu betrachtenden Objekts zugeführt wird. Die optischen Kanäle sind mit Abstand voneinander angeordnet, und ihre optischen Achsen schneiden sich am betrachteten Objekt, so dass ein jedes Auge das Objekt unter einem anderen Blickwin kel wahrnimmt und beim Betrachter ein stereoskopischer räum licher Eindruck des Objekts entsteht. Der Winkel, den die optischen Achsen miteinander in der Objektebene einschlies sen, ist der Stereowinkel.Such a head magnifier is seen by the viewer like glasses worn on the head, each eye of the beholder an image using separate optical channels of the object to be viewed is fed. The optical Channels are spaced from each other, and their optical axes intersect on the object under consideration, see above that each eye sees the object under a different view perceives a stereoscopic space l impression of the object arises. The angle the includes optical axes with each other in the object plane is the stereo angle.
Eine solche Kopflupe wird beispielweise von Operateuren bei chirurgischen Eingriffen getragen.Such a magnifying glass is used, for example, by surgeons surgical interventions.
Eine aus US 5,971,540 bekannte Kopflupe umfaßt als die beiden optischen Kanäle zwei strikt voneinander getrennte optische Systeme, welche ohne nähere Angaben hinsichtlich der einge setzten optischen Komponenten jeweils als ein auf die Objekt ebene fokussiertes Galilei-Fernrohr aufgebaut sind, wie aus der Gesamtbeschreibung gefolgert werden kann. Es werden Linsen eines jeden Fernrohrs relativ zueinander verschoben, um die Optiken auf den gerade verwendeten Arbeitsabstand zu fokussieren und um weiter die Vergrößerung der Fernrohre zu ändern. Die beiden Fernrohre sind mittels einer Mechanik aneinander gekoppelt, um motorisch den bei der Änderung des Arbeitsabstandes, also des Abstandes zwischen dem betrach teten Objekt und dem Auge, sich zwangsläufig ändernden Stereowinkel anzupassen.A head magnifier known from US 5,971,540 comprises as the two optical channels two strictly separate optical channels Systems which without specified details with regard to the put optical components as one onto the object level focused Galileo telescope are constructed as if the overall description can be deduced. It will Lenses of each telescope shifted relative to each other, to adjust the optics to the working distance currently used focus and to further enlarge the telescopes to change. The two telescopes are by means of a mechanism coupled to each other to the motor when changing the Working distance, i.e. the distance between the considered object and the eye, inevitably changing Adjust stereo angle.
Diese bekannte Kopflupe ist mechanisch aufwendig und greift mit einer vom Benutzer als zu groß empfundenen Kraftwirkung an dessen Kopf an.This known head magnifier is mechanically complex and engages with a force effect that the user perceives as too great at its head.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kopflupe der vorangehend geschilderten Art anzugeben, welche einen mechanisch einfacheren Aufbau aufweist oder/und angenehmere Trageeigenschaften zeigt.It is an object of the present invention to provide a head magnifier of the type described above, which one mechanically simpler structure and / or more pleasant Shows wearing properties.
Die Erfindung schlägt hierzu eine Kopflupe zur stereosko pischen vergrößerten Betrachtung eines Objekts vor, welches ein Objektivsystem mit einer einzigen Eintrittslinse für die beiden von dem Objekt ausgehenden stereoskopischen Strahlen bündel und zwei separate Okularsysteme aufweist, von denen ein jedes jeweils ein Teilbündel der durch das Objektivsystem gemeinsam abgebildeten stereoskopischen Strahlenbündel einem Auge des Betrachters zuführt.For this purpose, the invention proposes a head magnifier to stereoscopically with an enlarged view of an object a lens system with a single entry lens for the two stereoscopic rays emanating from the object bundle and two separate eyepiece systems, one of which each a sub-bundle of through the lens system together shown stereoscopic bundles of rays one Eye of the beholder.
Die beiden Okularsysteme sind mit einem dem Augenabstand des Betrachters entsprechenden Abstand voneinander anordenbar, so dass der stereoskopische Raumeindruck entsteht. Ein jedes Okularsystem bildet ein Teilbündel des Vollbündels ab, welches als Abbildung des vom Objekt ausgehenden Strahlen bündels von dem Objektivsystem ausgegeben wird. Damit wird das Objektivsystem von den beiden Okularsystemen gemeinsam genutzt, was den mechanischen Aufbau gegenüber den herkömm lichen Kopflupen alleine auf Grund des Wegfalls eines Objek tivsystems vereinfacht. Ferner ist auf Grund der Verwendung eines gemeinsamen Objektivsystems eine mechanische Verstel lung des von den beiden optischen Kanälen eingeschlossenen Winkels unnötig, da sich die optischen Achsen der beiden stereoskopischen Strahlenbündel, bedingt durch das gemeinsame Objektivsystem, immer in der jeweiligen Objektebene schneiden. Durch den erfindungsgemäßen Aufbau der Kopflupe ist damit der bei der herkömmlichen Kopflupe notwendige Mechanismus zur Änderung des Winkels zwischen den beiden Stereokanälen unnötig.The two eyepiece systems are at the eye relief of the Viewer can be arranged corresponding distance from each other, so that the stereoscopic spatial impression arises. Each one Eyepiece system depicts a partial bundle of the full bundle, which is a representation of the rays emanating from the object bundle is output from the lens system. So that will the lens system shared by the two eyepiece systems used what the mechanical structure compared to conventional loupes due to the omission of an object tivsystems simplified. Furthermore, due to use a mechanical lens system of a common lens system tion of the enclosed by the two optical channels Angle unnecessary because the optical axes of the two stereoscopic bundle of rays due to the common Lens system, always in the respective object plane to cut. Due to the construction of the head magnifier according to the invention is the necessary for the conventional head magnifier Mechanism for changing the angle between the two Stereo channels unnecessary.
Vorteilhafterweise weist das Strahlenbündel, welches vom Objekt kommend das Objektivsystem verlässt, einen solchen Durchmesser auf, dass die beiden Teilstrahlenbündel, die die Okularsysteme aus diesem Vollstrahlenbündel herausgreifen, nicht überlappend nebeneinander angeordnet sind. Hierdurch ist sichergestellt, dass mit beiden Augen unterschiedliche Bilder des Objekts bei ausreichend großem Stereowinkel wahr genommen werden.Advantageously, the beam of rays, which from Object coming out of the lens system, such Diameter on that the two partial beams that make up the Pick out eyepiece systems from this full beam, are not arranged side by side overlapping. hereby ensures that both eyes are different Images of the object true with a sufficiently large stereo angle be taken.
Vorteilhafterweise ist der Strahlengang eines jeden Teil bündels durch das Objektivsystem oder das Okularsystem oder durch das Objektivsystem und das Okularsystem zusammen gefal tet. Durch die Auffaltung des Strahlenganges ist es möglich, die Baulänge der Kopflupe zu reduzieren, wodurch insbesondere auch bei gegebenem Gesamtgewicht der Kopflupe die durch diese ausgeübte Hebelwirkung auf den Kopf des Betrachters verrin gert wird. Insbesondere ist es hierbei vorteilhaft, den Strahlengang derart zu falten, dass eine Strahlrichtung des gefalteten Strahlengangs bereichsweise quer zu oder/und ent gegen die Strahlrichtung verläuft, in der das vom Objekt ausgehende Strahlenbündel in die Eintrittslinse des Objektiv systems einfällt. Insbesondere kann hierbei die Strahlrich tung bereichsweise im Wesentlichen antiparallel zu der Rich tung des vom Objekt ausgehenden Strahlenbündels verlaufen.The beam path of each part is advantageous bundle through the lens system or the eyepiece system or by the lens system and the eyepiece system tet. By unfolding the beam path it is possible to reduce the overall length of the head magnifier, which in particular even with a given total weight of the head magnifier through this exerted leverage on the viewer's head is gert. It is particularly advantageous here Fold the beam path in such a way that a beam direction of the folded beam path in areas transverse to and / or ent runs against the direction of the beam in the direction of the object outgoing beams into the entry lens of the lens systems comes to mind. In particular, the jet direction can be used here in areas essentially antiparallel to the Rich direction of the beam of rays emanating from the object.
Objektivsystem und Okularsystem sind durch eine Halterung getragen, welche beispielsweise am Kopf des Betrachters befestigbar ist. Hierbei umfasst die Halterung zwei Kompo nenten, nämlich eine Objektivhalterung für das Objektivsystem und eine Okularhalterung, welche wenigstens eine augenseitige Austrittslinse des Okularsystems trägt. Die Okularhalterung ist bezüglich der Objektivhalterung schwenkbar gelagert, während die Objektivhalterung relativ zum Kopf des Betrach ters fest angeordnet ist. Die Okularhalterung ist dabei zwischen zwei Positionen schwenkbar, nämlich einer Position vor dem Auge des Betrachters, so dass dieser das Objekt durch die Kopflupe vergrößert erkennt, und einer zweiten Position, welche den direkten Blick vom Auge des Betrachters zum Objekt freigibt, so dass der Betrachter das Objekt in natürlicher Weise und nicht vergrößert sehen kann.Lens system and eyepiece system are by a bracket worn, for example, on the head of the beholder is attachable. The bracket includes two compos nenten, namely a lens holder for the lens system and an eyepiece holder, which has at least one eye-side Exit lens of the eyepiece system. The eyepiece holder is pivoted with respect to the lens holder, while the lens mount is relative to the viewer's head ters is firmly arranged. The eyepiece holder is included pivotable between two positions, namely one position in front of the viewer's eye so that the viewer can see through the object detects the head magnifier enlarged, and a second position, which gives a direct view from the eye of the beholder to the object releases so that the viewer can see the object in a more natural way Wise and not enlarged.
Das Verschwenken der Okularhalterung erfolgt vorzugsweise motorisch, so dass der Betrachter hierfür seine Hände nicht verwenden muss. Die Ansteuerung des Motors kann beispiels weise über einen Fußschalter oder Sprachsteuerung erfolgen.The eyepiece holder is preferably pivoted motorized so that the viewer does not use his hands for this must use. The control of the motor can for example via a foot switch or voice control.
Vorteilhafterweise ist das Objektivsystem derart ausgebildet, dass der Fokus der Kopflupe, d. h. der Abstand zwischen Auge und scharf abgebildetem Objekt, änderbar ist. Eine solche Fokusänderung kann ebenfalls motorisch durchgeführt werden.The lens system is advantageously designed such that that the focus of the head magnifier, d. H. the distance between eye and sharply imaged object, is changeable. Such Focus change can also be done by motor.
Es ist weiterhin vorteilhaft, in dem Okularsystem eine Zoomeinrichtung zur Änderung der Abbildungsvergrößerung der Kopflupe bei gegebenem Arbeitsabstand vorzusehen. Diese Zoomeinrichtung kann ebenfalls motorisch betätigbar sein.It is also advantageous to have one in the eyepiece system Zoom device for changing the magnification of the image Provide head magnifier at a given working distance. This Zoom device can also be operated by a motor.
Vorteilhafterweise sind die Okularsysteme selbst als Kepler- Fernrohre aufgebaut. Das Kepler-Fernrohr aus Objektiv und Okular weist den Vorteil eines reell betrachteten Zwischen bilds auf, so dass störende Effekte, wie etwa Vignettierung, vergleichsweise gering bleiben, wobei bei gegebenem Sehfeld blendendurchmesser auch die Durchmesser der verwendeten optischen Komponenten im Unterschied zum Galilei-Fernrohr vergleichsweise gering sein können. The eyepiece systems themselves are advantageously designed as Kepler Telescopes built up. The Kepler telescope made of lens and Eyepiece has the advantage of a real intermediate image so that disturbing effects, such as vignetting, remain comparatively small, given the visual field aperture diameter also the diameter of the used optical components in contrast to the Galileo telescope can be comparatively small.
Die beim Kepler-Fernrohr erforderliche Bildumkehr, um das entstehende Bild höhen- und seitenrichtig zu stellen, wird vorzugsweise mit einem Porro-Prismensystem erster Art er zielt, wobei weiter bevorzugt das Objektiv des Kepler-Fern rohrs im Strahlengang zwischen den beiden Prismen des Porro- Prismensystems erster Art angeordnet ist.The image reversal required with the Kepler telescope to achieve this to place the resulting image in the correct height and side preferably with a Porro prism system of the first type aims, more preferably the lens of the Kepler-Fern tube in the beam path between the two prisms of the Prism system of the first type is arranged.
Ferner ist vorzugsweise in jedem Kepler-Fernrohr ein Rhomboidprisma vorgesehen, um den Strahlengang parallel zu versetzen und hierüber die beiden vom Objektivsystem ausge gebenen und dort relativ eng beieinanderliegenden Teil strahlenbündel auf einen Abstand zu bringen, der dem Augen abstand des Betrachters entspricht.Furthermore, there is preferably one in each Kepler telescope Rhomboid prism provided to parallel the beam path move and over the two from the lens system given and there part relatively close together to bring the beam of rays to a distance that is easy on the eyes distance of the viewer corresponds.
Dieses Rhomboidprisma ist im Strahlengang vorzugsweise zwischen dem Objektiv und dem Okular des Kepler-Fernrohrs angeordnet.This rhomboid prism is preferred in the beam path between the lens and the eyepiece of the Kepler telescope arranged.
Vorteilhafterweise ist wenigstens eine Komponente der Kopf lupe bezüglich der übrigen optischen Komponenten der Kopflupe verlagerbar, um einen Winkel zwischen dem von dem Objekt ausgehenden und dem Auge des Betrachters zugeführten Strahlenbündels einerseits und einer Hauptachse des Objektiv systems andererseits zu ändern. Hierbei sind vorteilhafter weise wenigstens ein Stellglied zum Antrieb der verlagerbaren Komponente und eine Steuerung für das Stellglied vorgesehen, um dieses derart anzusteuern, dass ein Kopfzittern des Benut zers, welches zu einem Wackeln des von dem Benutzer betrach teten Bildes des Objekts führen würde, derart zu kompen sieren, dass die Kopflupe ein stabilisiertes Bild des Objekts liefert.At least one component is advantageously the head magnifying glass with respect to the other optical components of the head magnifying glass relocatable to an angle between that of the object outgoing and brought to the eye of the beholder Beam bundle on the one hand and a main axis of the lens systems on the other hand. Here are more advantageous have at least one actuator for driving the relocatable Component and a controller for the actuator are provided, to control it in such a way that a tremor of the user zer, which caused a wobble of the user would lead to such compensated image The head magnifier is a stabilized image of the object supplies.
Alternativ zu einer solchen aktiven Bildstabilisierung ist auch eine passive Bildstabilisierung vorteilhaft, bei der die verlagerbare Komponente lediglich elastisch aus einer Ruhe lage auslenkbar ist. Derartige Bildstabilisierungstechniken sind für Teleskope beispielsweise aus US 5,029,995 und US 6,046,853 bekannt und sind vom Fachmann auf die hier be- . schriebene Kopflupe übertragbar.An alternative to such an active image stabilization is passive image stabilization is also advantageous, in which the displaceable component only elastic from a rest position is deflectable. Such image stabilization techniques are for telescopes for example from US 5,029,995 and US 6,046,853 and are known to those skilled in the art. written head magnifier transferable.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand von Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigen:The following are exemplary embodiments of the invention Hand explained in more detail by drawings. Here show:
Fig. 1 in schematischer Darstellung einen Strahlengang durch eine erfindungsgemäße Kopflupe; Fig. 1 shows a schematic representation of a beam path through an inventive head magnifier;
Fig. 2 eine räumliche Darstellung von optischen Komponen ten der in Fig. 1 gezeigten Kopflupe sowie ein hierdurch verlaufendes Strahlenbündel; FIG. 2 shows a spatial representation of optical components of the head magnifier shown in FIG. 1 and a beam of rays running through it;
Fig. 3 eine vergrößerte Teilansicht der Fig. 2; Fig. 3 is an enlarged partial view of Fig. 2;
Fig. 4 eine Anordnung von Teilstrahlenbündeln in einer Austrittsquerschnittsfläche eines Objektivsystems der in Fig. 1 gezeigten Kopflupe; Fig. 4 shows an arrangement of sub-beams in an exit cross-sectional area of an objective system of the head magnifier shown in Fig. 1;
Fig. 5 eine Ansicht eines Gehäuses der in Fig. 1 gezeig ten Kopflupe von vorne und Fig. 5 is a view of a housing of gezeig th in Fig. 1 from the front and loupes
Fig. 6 eine Tabelle mit technischen Daten der für den Aufbau der Kopflupe der Fig. 1 verwendeten optischen Komponenten. Fig. 6 is a table with technical data of the optical components used for the construction of the head magnifier of Fig. 1.
In Fig. 1 ist ein Strahlengang durch eine erfindungsgemäße Kopflupe 1 schematisch dargestellt. Die Kopflupe ist als eine Kopflupe ausgeführt, die mittels Riemen am Kopf eines Betrachters derart befestigbar ist, dass die beiden Augen 3 des Betrachters in jeweils ein Austrittsokular 5 der Kopflupe 1 blicken. In Fig. 1 sind Zentralstrahlen 7l und 7r von Teilstrahlenbündeln (vgl. Bezugszeichen 9 in Fig. 2) darge stellt, welche von den Austrittsokularen 5 den Augen 3 des Betrachters zugeführt werden. Die Zentralstrahlen 7l, 7r werden durch Spiegel der Kopflupe 1 mehrfach gefaltet und durch das Objektivsystem 17 derart abgebildet, dass sie sich an einem zu betrachtenden Objekt 11 treffen und dabei einen Stereowinkel α miteinander einschließen. Die Kopflupe 1 bil det somit auf jedes Auge 3 des Betrachters ein Bild des Objekts 11 ab, wobei sich die Betrachtungswinkel der beiden Bilder um den Stereowinkel unterscheiden, so dass beim Be trachter ein stereoskopischer Raumeindruck für das betrach tete Objekt 11 entsteht.In Fig. 1, a beam path through a head magnifier 1 according to the invention is shown schematically. The head magnifier is designed as a head magnifier, which can be attached to the head of a viewer by means of straps such that the two eyes 3 of the viewer each look into an exit eyepiece 5 of the head magnifier 1 . In Fig. 1, central beams 7 l and 7 r of partial beams (see. Reference 9 in Fig. 2) Darge provides, which are fed from the exit eyepieces 5 to the eyes 3 of the viewer. The central beams 7 l, 7 r are folded several times by mirrors of the head magnifier 1 and imaged by the lens system 17 in such a way that they meet at an object 11 to be viewed and thereby enclose a stereo angle α with one another. The head magnifier 1 thus forms an image of the object 11 on each eye 3 of the viewer, the viewing angles of the two images differing by the stereo angle, so that the viewer is given a stereoscopic spatial impression for the viewed object 11 .
Das optische System der Kopflupe 1 ist für die Zentral strahlen 7l und 7r bezüglich einer Mittelachse 13 symmetrisch aufgebaut. Die Zentralstrahlen 7l, 7r treten, vom Objektiv 11 kommend, durch eine Haupteintrittslinse 15 in ein Objektiv system 17 der Kopflupe 1 ein. Das Objektivsystem 17 ist hier bei für die beiden Zentralstrahlen 7l und 7r gemeinsam vorge sehen. Nach ihrem Austritt aus dem Objektivsystem 17 treten die Zentralstrahlen 7l und 7r jeweils in ein Okularsystem 19 ein, wobei jedem der beiden Zentralstrahlen 7l, 7r ein eigenes Okularsystem 19 separat zugeordnet ist. Hierbei bil det das Objektivsystem 17 die von dem Objekt 11 ausgehenden Strahlenbündel nach Unendlich ab.The optical system of the head magnifier 1 is constructed symmetrically for the central rays 7 l and 7 r with respect to a central axis 13 . The central rays 7 l, 7 r come from the lens 11 , through a main entrance lens 15 into a lens system 17 of the head magnifier 1 . The lens system 17 is seen here together for the two central beams 7 l and 7 r. After emerging from the objective system 17 , the central beams 7 1 and 7 r each enter an eyepiece system 19 , with each of the two central beams 7 1, 7 r being assigned a separate eyepiece system 19 separately. In this case, the lens system 17 detects the beams of rays emanating from the object 11 towards infinity.
Zur Verdeutlichung des Aufbaus der Kopflupe 1 zeigen die Fig. 2 und 3 in räumlicher Darstellung das in das linke Auge des Betrachters 3 eintretende Teilstrahlenbündel 9, dessen Zentralstrahl 7l in Fig. 1 dargestellt ist.To illustrate the structure of the loupes 1 Figs. 2 and 3 show in spatial representation, the partial light beams entering the left eye of the viewer 3 9 whose central beam is l shown in Fig. 1 to 7.
Das Objektivsystem 17 umfasst die Haupteintrittslinse 15, welche als Zerstreuungslinse ausgebildet und dabei selbst als Kittglied aus zwei Teillinsen mit unterschiedlichem Brechungsindex aufgebaut ist. Ferner umfasst das Objektiv system 17 eine Austrittslinse 21, welche als Positivlinse ausgebildet und ebenfalls als Kittglied aus zwei Teillinsen aufgebaut ist. Hierbei ist ein Abstand d zwischen der Haupt eintrittslinse 15 und der Austrittslinse 21 des Objektiv systems 17 variabel, so dass ein Arbeitsabstand a zwischen der Haupteintrittslinse 15 und dem Objekt 11, bei dem die Abbildung des Objekts 11 scharf fokussiert auf die Augen 3 erfolgt, ebenfalls änderbar ist. Bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel ist der Abstand d zwischen den Linsen 15 und 21 des Objektivsystems 17 im Bereich zwischen 18,0 mm und 0,5 mm änderbar, was zu einer Änderung des Arbeitsabstands a im Bereich von 250 mm bis 500 mm führt.The objective system 17 comprises the main entrance lens 15 , which is designed as a diverging lens and is itself constructed as a cemented member from two partial lenses with different refractive index. Furthermore, the objective system 17 includes an exit lens 21 , which is designed as a positive lens and is also constructed as a cemented member from two partial lenses. Here, a distance d between the main entrance lens 15 and the exit lens 21 of the lens system 17 is variable, so that a working distance a between the main entrance lens 15 and the object 11 , in which the image of the object 11 is focused on the eyes 3 , also is changeable. In the exemplary embodiment described here, the distance d between the lenses 15 and 21 of the lens system 17 can be changed in the range between 18.0 mm and 0.5 mm, which leads to a change in the working distance a in the range from 250 mm to 500 mm.
Das Objektivsystem 17 bildet das Objekt 11 nach Unendlich ab, d. h. sämtliche als Strahlenbündel vom Objekt 11 ausgehenden und in die Haupteintrittslinse 15 eintretenden Lichtstrahlen verlassen das Objektivsystem 17 durch dessen Austrittslinse 21 als paralleles Vollstrahlenbündel. Diese Situation ist in Fig. 4 zur Verdeutlichung dargestellt, welche eine Drauf sicht auf die Austrittslinse 21 des Objektivsystems 17 zeigt. Die Linse 21 wird dabei von dem Vollstrahlenbündel 23 durch setzt, welches im Querschnitt die Gestalt einer Kreisfläche aufweist.The objective system 17 images the object 11 to infinity, that is to say all of the light rays emanating from the object 11 and entering the main entry lens 15 leave the objective system 17 through its exit lens 21 as a parallel full beam. This situation is shown in Fig. 4 for clarification, which shows a top view of the exit lens 21 of the lens system 17 . The lens 21 is penetrated by the full beam 23 , which has the shape of a circular area in cross section.
Aus dem Vollstrahlenbündel 23 werden zwei Teilstrahlenbündel 25 herausgegriffen, dessen eines Teilstrahlenbündel 25 mit Zentralstrahl 7l dem linken Okularsystem 19 der Kopflupe 1 zugeführt wird und dessen anderes Teilstrahlenbündel 25 mit Zentralstrahl 7r dem rechten Okularsystem 19 der Kopflupe 1 zugeführt wird. Wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, sind die beiden Teilstrahlenbündel 25 im Querschnitt des Vollstrahlen bündels 23 benachbart zueinander und nicht überlappend ange ordnet.Two partial beams 25 are picked out from the full beam 23 , one partial beam 25 with central beam 7 l is fed to left eyepiece system 19 of head magnifier 1 and the other partial beam 25 with central beam 7 r is fed to right eyepiece system 19 of head magnifier 1 . As can be seen from Fig. 4, the two partial beams 25 are arranged in cross section of the full beam 23 adjacent to each other and not overlapping.
Das Okularsystem 19 der Kopflupe 1 ist selbst als Kepler- Fernrohr aufgebaut und umfasst hierzu ein Objektiv 27 und das Okular 5. Das Objektiv 27 umfasst wiederum drei koaxial ange ordnete Linsen, nämlich eine als Sammellinse ausgebildete Eintrittslinse 29, eine ebenfalls als Sammellinse ausge bildete Austrittslinse 31 und eine axial zwischen Eintritts linse 29 und Austrittslinse 31 angeordnete Zwischenlinse 33, welche als Zerstreuungslinse ausgebildet ist. Eine jede der Linsen 29, 31, 33 des Objektivs 27 des Kepler-Fernrohrs 19 ist als Kittglied aus zwei Teillinsen mit unterschiedlichem Brechungsindex gefertigt. Das Objektiv 27 des Kepler-Fern rohrs 19 stellt eine Zoomfunktion zur Änderung der optischen Vergrößerung der Kopflupe 1 bereit. Hierzu ist die Austritts linse 31 des Objektivs 27 bezüglich der übrigen optischen Komponenten fest angeordnet, während ein Abstand e zwischen Eintrittslinse 29 und Zwischenlinse 33 sowie ein Abstand f zwischen Zwischenlinse 33 und Austrittslinse 31 änderbar sind. Die Gesetzmäßigkeit, nach der die Abstände e und f zu ändern sind, um eine gewünschte Vergrößerung zu erzielen, ist dem Fachmann bekannt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel können der Abstand e im Bereich von 2,169 mm bis 18,99 mm und der Abstand f im Bereich von 1,205 mm bis 15,331 mm verändert werden, um bei einem Arbeitsabstand a von 250 mm eine Än derung der Vergrößerung im Bereich von 3,2-fach bis 6,4-fach und bei einem Arbeitsabstand a von 500 mm eine Änderung der Vergrößerung von 1,9-fach bis 3,8-fach zu erreichen.The eyepiece system 19 of the head magnifier 1 is itself constructed as a Kepler telescope and for this purpose comprises an objective 27 and the eyepiece 5 . The lens 27 in turn comprises three coaxially arranged lenses, namely an entrance lens 29 designed as a collecting lens, an exit lens 31 also formed as a collecting lens, and an intermediate lens 33 arranged axially between the entrance lens 29 and the exit lens 31 , which is designed as a diverging lens. Each of the lenses 29 , 31 , 33 of the objective 27 of the Kepler telescope 19 is made as a cemented member from two partial lenses with a different refractive index. The lens 27 of the Kepler telescope tube 19 provides a zoom function for changing the optical magnification of the head magnifier 1 . For this purpose, the exit lens 31 of the lens 27 is fixedly arranged with respect to the other optical components, while a distance e between the entry lens 29 and the intermediate lens 33 and a distance f between the intermediate lens 33 and the exit lens 31 can be changed. The law, according to which the distances e and f are to be changed in order to achieve a desired enlargement, is known to the person skilled in the art. In the present exemplary embodiment, the distance e can be changed in the range from 2.169 mm to 18.99 mm and the distance f in the range from 1.205 mm to 15.331 mm in order to change the magnification in the range from 3 at a working distance a of 250 mm. 2 times to 6.4 times and with a working distance a of 500 mm, the magnification can be changed from 1.9 times to 3.8 times.
Um die Baulänge des aus dem Objektivsystem 17 und dem Kepler- Fernrohr 19 zusammengesetzten optischen Systems der Kopflupe 1 zu verringern, ist der Strahlengang mittels eines Porro- Prismensystems erster Art gefaltet. Eine Verkürzung der Bau länge hat unter anderem den Vorteil, dass die am Kopf ge tragene Kopflupe 1 auf den Betrachter dann eine geringere Hebelwirkung ausübt, was den Tragekomfort erhöht. Das Porro- Prismensystem erster Art umfasst ein Eintrittsprisma 35 und ein Austrittsprisma 37. Das Eintrittsprisma 35 ist im optischen Weg des Okularsystems vor dem Objektiv 27 des Kepler-Fernrohrs 19, also zwischen Austrittslinse 21 des Objektivsystems 17 und Eintrittslinse 29 des Objektivs 27 des Kepler-Fernrohrs 19 angeordnet. Das Austrittsprisma 37 des Porro-Prismensystems erster Art ist im optischen Weg des Okularsystems zwischen dessen Objektiv 27 und Okular 5 ange ordnet.In order to reduce the overall length of the optical system of the head magnifier 1 composed of the objective system 17 and the Kepler telescope 19 , the beam path is folded by means of a Porro prism system of the first type. A shortening of the construction length has the advantage, among other things, that the head magnifier 1 worn on the head then exerts less leverage on the viewer, which increases the wearing comfort. The Porro prism system of the first type comprises an entry prism 35 and an exit prism 37 . The entrance prism 35 is arranged in the optical path of the eyepiece system in front of the objective 27 of the Kepler telescope 19 , that is to say between the exit lens 21 of the objective system 17 and the entrance lens 29 of the objective 27 of the Kepler telescope 19 . The exit prism 37 of the Porro prism system of the first type is arranged in the optical path of the eyepiece system between its objective 27 and eyepiece 5 .
Neben der Verkürzung der Baulänge hat die Verwendung des Porro-Prismensystems erster Art als Umkehrprisma auch die Wirkung, dass die beim Kepler-Fernrohr notwendige höhen- und seitenrichtige Stellung des Bildes hierdurch erfolgen kann.In addition to shortening the overall length, the use of Porro prism system of the first kind also as the reversing prism Effect that the necessary height and with the Kepler telescope correct position of the image can take place.
Im Strahlengang des Objektivsystems 19 sind ferner noch zwei parallel zueinander und versetzt voneinander angeordnete Spiegelflächen 39 und 41 vorgesehen, welche den aus dem Aus trittsprisma 37 des Porro-Prismensystems austretenden Strahl parallel so weit versetzen, dass die beiden Zentralstrahlen 7l und 7r einen Abstand voneinander aufweisen, der dem Augen abstand des Betrachters entspricht. Die beiden Spiegelflächen 39 und 41 sind durch ein Rhomboidprisma 43 bereitgestellt.In the beam path of the lens system 19 two parallel and offset from each other mirror surfaces 39 and 41 are also provided, which offset the beam emerging from the exit prism 37 of the Porro prism system in parallel so far that the two central beams 7 l and 7 r a distance have from each other, which corresponds to the eye distance of the viewer. The two mirror surfaces 39 and 41 are provided by a rhomboid prism 43 .
Im Strahlengang des Objektivsystems 19 ist ferner in der Ebene des von dem Objektiv 27 des Kepler-Fernrohrs 19 erzeug ten Zwischenbilds eine Sehfeldblende 47 vorgesehen, um Störungen außerhalb des Gesichtsfelds des optischen Systems auszublenden.In the beam path of the objective system 19 is further provided in the plane of the lens 27 of the Kepler telescope 19 erzeug th intermediate image, a field stop 47 to interferences outside the field of view of the optical system hide.
Die optischen Komponenten der Kopflupe 1 sind in einem Ge häuse 48 gehaltert, welches in Fig. 5 schematisch in einer Ansicht von vorne auf die Eintrittslinse 15 des Hauptobjek tivs 17 dargestellt ist. Das Gehäuse 48 umfasst ein Hauptteil 49, welches mit geeigneten Bändern und Bügeln am Kopf des Betrachters befestigbar ist. Ferner umfasst das Gehäuse 48 zwei identisch aufgebaute und bezüglich der Hauptachse 13 symmetrisch angeordnete Okularteile 51. Die Okularteile 51 des Gehäuses 48 haltern die Okulare 5, und durch Verschwenken der Okularteile 51 bezüglich des Hauptteils 49 in eine Rich tung R kann der Abstand der beiden Okulare 5 voneinander verändert werden, um diesen dem Augenabstand des Betrachters anzupassen. Ferner können die beiden Okularteile 51 durch weiteres Verschwenken in Richtung R in eine in der Fig. 5 mit gestrichelter Linie dargestellter Stellung verschwenkt werden. In dieser Stellung sind die Okularteile vollständig aus dem Bereich vor den Augen 3 des Benutzers entfernt, so dass dieser direkt auf das Objekt 11 blicken kann. Er kann dieses somit nicht vergrößert und ohne Zwischenschaltung eines optischen Systems wahrnehmen.The optical components of the head magnifier 1 are held in a housing 48 , which is shown schematically in FIG. 5 in a view from the front of the entrance lens 15 of the main lens 17 . The housing 48 comprises a main part 49 which can be fastened to the head of the viewer with suitable bands and brackets. The housing 48 further comprises two identically constructed eyepiece parts 51 which are arranged symmetrically with respect to the main axis 13 . The eyepiece parts 51 of the housing 48 hold the eyepieces 5 , and by pivoting the eyepiece parts 51 with respect to the main part 49 in a direction R the distance of the two eyepieces 5 from one another can be changed in order to adapt this to the eye relief of the viewer. Furthermore, the two eyepiece parts 51 can be pivoted by further pivoting in the direction R into a position shown in FIG. 5 with a dashed line. In this position, the eyepiece parts are completely removed from the area in front of the user's eyes 3 , so that the user can look directly at the object 11 . He can therefore not perceive this enlarged and without the interposition of an optical system.
Die Verschwenkung der Okularteile 51 bezüglich des Hauptteils 49 erfolgt um Schwenkachsen 53, die mit Abstand voneinander . und parallel zur Hauptachse 13 angeordnet sind. Vorzugsweise fallen die beiden Schwenkachsen 53 mit dem Verlauf des Zentralstrahls 7l, 7r zwischen dem Austrittsprisma 37 des Porro-Systems und der Spiegelfläche 39 im Wesentlichen zusam men.The pivoting of the eyepiece parts 51 with respect to the main part 49 takes place about pivot axes 53 which are at a distance from one another. and are arranged parallel to the main axis 13 . Preferably, the two pivot axes 53 coincide with the course of the central beam 7 l, 7 r between the exit prism 37 of the Porro system and the mirror surface 39 substantially together.
Ein jedes der Okularteile 51 des Gehäuses 48 haltert dann eines der Okulare 5 und ein Rhomboidprisma 43. Die übrigen Komponenten des optischen Systems sind in dem Hauptteil 49 des Gehäuses 48 gehaltert.Each of the eyepiece parts 51 of the housing 48 then holds one of the eyepieces 5 and a rhomboid prism 43 . The remaining components of the optical system are held in the main part 49 of the housing 48 .
In dem Hauptteil 49 des Gehäuses 48 ist ferner eine Lampe 53 mit einem Spiegel 59 angeordnet, um das Objekt 11 zu be leuchten (vgl. Fig. 4). Wie aus Fig. 4 für die Linse 21 des Objektivsystems 17 ersichtlich ist, weist das Objektivsystem einen ausgeschnittenen Bereich 55 auf, um Bauraum für die Beleuchtungskomponenten 53, 59 bereit zu stellen. Der Aus schnitt 55 ist dabei derart gestaltet, dass die beiden Teil strahlen 25 nicht beeinträchtigt werden.In the main part 49 of the housing 48 , a lamp 53 is also arranged with a mirror 59 to illuminate the object 11 (see FIG. 4). As can be seen from FIG. 4 for the lens 21 of the lens system 17 , the lens system has a cut-out area 55 in order to provide installation space for the lighting components 53 , 59 . The section 55 is designed such that the two part rays 25 are not affected.
Unter Bezugnahme auf Fig. 3 umfaßt die Kopflupe 1 ferner zwei an dem Gehäuse 48 festgelegte Aktuatoren 61, 62, welche über Stellarme 63, 64 an die Austrittslinse 21 des Objektiv systems 17 angreifen, um diese quer zu der Hauptachse 13 relativ zu dem Gehäuse 48 mechanisch zu verlagern. Hierbei bewirkt der Aktuator 61 im wesentlichen eine Verlagerung der Linse 21 in einer x-Richtung in der zu der Achse 13 orthogo nalen Ebene, und der Aktuator 62 bewirkt eine Verlagerung der Linse 21 im wesentlichen in einer zu der x-Richtung orthogo nalen y-Richtung. Zur Ansteuerung der Aktuatoren 61 und 62 ist eine Steuerung 65 vorgesehen, welche die Ansteuerung der Aktuatoren in Abhängigkeit von Meßsignalen vornimmt, welche von zwei Beschleunigungssensoren 66, 67 bereitgestellt werden. Die Beschleunigungssensoren 66, 67 sind fest mit dem Gehäuse 48 verbunden, und der Sensor 66 erfaßt eine Be schleunigung des Gehäuses in der x-Richtung, während der Sensor 67 eine Beschleunigung des Gehäuses in der y-Richtung registriert. Die Sensoren 66 und 67 sind dazu vorgesehen, ein Zittern des Kopfes des Benutzers der Kopflupe und ein damit verbundenes Wackeln derselben zu registrieren. Bei relativ zu dem Gehäuse festgehaltener Linse 21 des Objektivsystems 17 würde auch das von dem Benutzer gesehene vergrößerte Bild des Objekts 11 wackeln. Die Steuerung 65 steuert nun die Aktua toren 61 und 62 derart an, dass ein solches Wackeln des Bildes des Objekts aufgrund einer Zitterbewegung der Kopflupe kompensiert wird und der Benutzer ein stabilisiertes Bild des Objekts betrachten kann.With reference to FIG. 3, the head magnifier 1 further comprises two actuators 61 , 62 which are fixed to the housing 48 and which act on the exit lens 21 of the lens system 17 via actuating arms 63 , 64 , in order to make them transverse to the main axis 13 relative to the housing 48 to move mechanically. Here, the actuator 61 essentially causes a displacement of the lens 21 in an x-direction in the plane orthogonal to the axis 13 , and the actuator 62 causes a displacement of the lens 21 essentially in a y-orthogonal to the x-direction. Direction. To control the actuators 61 and 62 , a controller 65 is provided, which controls the actuators as a function of measurement signals which are provided by two acceleration sensors 66 , 67 . The acceleration sensors 66 , 67 are fixedly connected to the housing 48 , and the sensor 66 detects an acceleration of the housing in the x direction, while the sensor 67 registers an acceleration of the housing in the y direction. The sensors 66 and 67 are provided for registering a tremor of the head of the user of the head magnifier and an associated wobbling thereof. If the lens 21 of the lens system 17 is held relative to the housing, the enlarged image of the object 11 seen by the user would also shake. The controller 65 now controls the actuators 61 and 62 in such a way that such wobbling of the image of the object due to a trembling movement of the head magnifier is compensated for and the user can view a stabilized image of the object.
Das System kann beispielsweise derart ausgelegt sein, dass die Aktuatoren 61, 62 jeweils eine Verlagerung der Linse 21 um ±0,5 mm aus ihrer bezüglich der Hauptachse 13 zentrierten Ruhelage heraus bewirken können. Eine solche Verlagerung um ±0,5 mm führt zu einer parallelen Verkippung bzw. Verschwen kung der beiden Zentralstrahlen 7l und 7r zwischen Objektiv system 17 und Objekt 11 von ±15,6'. Diese Verkippung der Strahlen zwischen Objektivsystem 17 und Objekt 11 ist unab hängig vom Arbeitsabstand a. Eine solche Verkippung der Strahlen entspricht dann einer der Brennweite des Objektiv systems 17 proportionalen lateralen Verschiebung des Objekts 11 in der Objektebene von ±1,5 mm bei einem Arbeitsabstand a = 250,00 mm bzw. einer Verschiebung von ±2,4 mm bei einem Arbeitsabstand a = 500,00 mm. The system can, for example, be designed in such a way that the actuators 61 , 62 can each cause the lens 21 to be displaced by ± 0.5 mm from its rest position centered with respect to the main axis 13 . Such a shift of ± 0.5 mm leads to a parallel tilting or pivoting of the two central beams 7 l and 7 r between lens system 17 and object 11 of ± 15.6 '. This tilting of the beams between the lens system 17 and the object 11 is independent of the working distance a. Such a tilting of the beams then corresponds to a lateral displacement of the object 11 in the object plane of ± 1.5 mm at a working distance a = 250.00 mm or a displacement of ± 2.4 mm at a proportional to the focal length of the objective system 17 Working distance a = 500.00 mm.
Aufgrund der Vergrößerung des Okularsystems 19 führt die Verkippung der Strahlen 7l und 7r zwischen Objektivsystem 17 und Objekt 11 zu einer entsprechend vergrößerten Verkippung der den Augen 3 des Betrachters durch die Okulare 5 zuge führten Strahlen 7l und 7r. Bei der beschriebenen Ausführung der Kopflupe 1 variiert die Verkippung der dem Auge zuge führten Strahlen 7l und 7r damit zwischen ±64' und ±128'.Due to the enlargement of the eyepiece system 19 , the tilting of the beams 7 l and 7 r between the objective system 17 and the object 11 leads to a correspondingly enlarged tilting of the beams 7 l and 7 r led to the eyes 3 of the viewer through the eyepieces 5 . In the described embodiment of the head magnifier 1 , the tilting of the rays 7 l and 7 r supplied to the eye thus varies between ± 64 'and ± 128'.
Eine ähnliche Stabilisierung der Kopflupe 1 kann auch dadurch erreicht werden, dass nicht die Austrittslinse 21 des Objek tivsystems 17 sondern dessen Eintrittslinse 15 quer zur Hauptachse 13 verlagert wird. Die Verlagerung einer Kompo nente des Objektivsystems hat den Vorteil, dass diese Ver lagerung auf beide Stereostrahlengänge gemeinsam wirkt. Es ist allerdings ebenfalls möglich, Komponenten der beiden Okularsysteme 19 gemeinsam zu verlagern, um ebenfalls die gewünschte Bildstabilisierung zu erreichen. So können bei spielsweise die Umlenkprismen 35 oder 37 oder etwa das Rhomboidprisma 43 oder die Okulare 5 gemeinsam verlagert werden, um eine entsprechende Bildstabilisierung zu erreichen.A similar stabilization of the head magnifier 1 can also be achieved in that it is not the exit lens 21 of the objective system 17 but its entry lens 15 which is displaced transversely to the main axis 13 . The relocation of a component of the lens system has the advantage that this relocation works together on both stereo beam paths. However, it is also possible to move components of the two eyepiece systems 19 together in order to likewise achieve the desired image stabilization. For example, the deflecting prisms 35 or 37 or the rhomboid prism 43 or the eyepieces 5 can be displaced together in order to achieve appropriate image stabilization.
In der in Fig. 6 dargestellten Tabelle sind die optischen Daten der für die Kopflupe 1 verwendeten optischen Komponen ten aufgeführt. In der ersten Spalte sind die optisch wirk samen Flächen der optischen Komponenten entlang des optischen Wegs ausgehend vom Auge 3 des Beobachters bis zum Objekt 11 fortlaufend numeriert. In Klammern ist dort die Bezugsziffer gesetzt, mit der die entsprechende optische Komponente in den Fig. 1 bis 5 bezeichnet ist. In der zweiten Spalte der Tabelle sind die Radien der optisch wirksamen Flächen aufge führt, die dritte Spalte bezeichnet den Abstand zwischen einer vorangehenden und einer nachfolgenden optisch wirksamen Fläche in Millimeter, die vierte Spalte bezeichnet den freien Durchmesser der jeweiligen optischen Komponente in Milli meter, und die letzte Spalte bezeichnet das zwischen aufein anderfolgenden brechenden Flächen vorgesehene Medium, nämlich Luft oder Glas, wobei für Glas diejenigen Bezeichnungen ange geben sind, unter denen die entsprechenden Gläser von der Firma Schott bezogen werden können.In the table shown in Fig. 6, the optical data of the optical components used for the head magnifier 1 are listed. In the first column, the optically effective areas of the optical components along the optical path are numbered consecutively from the eye 3 of the observer to the object 11 . In parentheses there is the reference number with which the corresponding optical component is shown in FIGS . 1 to 5. In the second column of the table, the radii of the optically active surfaces are listed, the third column denotes the distance between a preceding and a subsequent optically active surface in millimeters, the fourth column denotes the free diameter of the respective optical component in millimeters, and the last column designates the medium provided between successive refractive surfaces, namely air or glass, whereby for glass those names are given under which the corresponding glasses can be obtained from Schott.
Anstatt das Objektivsystem mit dem vorangehend erläuterten Ausschnitt 55 zu versehen, um Bauraum für die Beleuchtungs komponenten bereit zu stellen, ist es auch denkbar, das Be leuchtungssystem so in die Kopflupe zu integrieren, dass ein von dem Beleuchtungssystem ausgehendes Beleuchtungsstrahlen bündel durch das Objektivsystem selbst auf das Objekt abge bildet wird.Instead of providing the lens system with the above-mentioned section 55 in order to provide installation space for the lighting components, it is also conceivable to integrate the lighting system into the head magnifier in such a way that an illuminating beam emanating from the lighting system is focused on by the lens system itself the object is mapped.
Claims (20)
ein Objektivsystem (17) mit einer Eintrittslinse (15) für ein von dem Objekt (11) ausgehendes Strahlenbündel,
zwei Okularsysteme (19) mit wenigstens einer augensei tigen Austrittslinse (5), von denen eine jede ein Teil bündel (9) des durch das Objektivsystem abgebildeten Strahlenbündels (23) einem Auge (3) eines Betrachters zu führt,
eine Objektivhalterung (49) für wenigstens die Eintritts linse (15) das Objektivsystems (17) und eine Okularhal terung (51) für wenigstens die Austrittslinse (5) des Okularsystems (19),
wobei die Okularhalterung (51) bezüglich der Objektivhal terung (49) schwenkbar derart gelagert ist, daß bei relativ zum Kopf des Betrachters fest angeordneter Ob jektivhalterung (49) die Okularhalterung (51) von einer Stellung zur Betrachtung des Objekts (11) durch die Kopf lupe (1) in eine den direkten Blick vom Auge zum Objekt (11) freigebende Stellung schwenkbar ist.19. Head magnifier, in particular according to one of claims 1 to 18, comprising:
an objective system ( 17 ) with an entrance lens ( 15 ) for a beam of rays emanating from the object ( 11 ),
two eyepiece systems ( 19 ) with at least one exit lens ( 5 ) on the eye side, each of which leads a partial bundle ( 9 ) of the ray bundle ( 23 ) imaged by the objective system to an eye ( 3 ) of an observer,
a lens holder ( 49 ) for at least the entrance lens ( 15 ) the lens system ( 17 ) and an eyepiece holder ( 51 ) for at least the exit lens ( 5 ) of the eyepiece system ( 19 ),
wherein the Okularhalterung (51) with respect to the Objektivhal esterification is pivotably mounted (49), that at the head of the observer fixedly arranged relative Whether jektivhalterung (49) the Okularhalterung (51) from a position for viewing the object (11) through the head magnifying glass ( 1 ) can be pivoted into a position that enables a direct view from the eye to the object ( 11 ).
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| R034 | Decision of examining division/federal patent court maintaining patent in limited form now final | ||
| R034 | Decision of examining division/federal patent court maintaining patent in limited form now final |
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