WO2007000338A1 - Stereoskopisches optisches system und verfahren zur herstellung eines stereoskopischen optischen systems - Google Patents

Stereoskopisches optisches system und verfahren zur herstellung eines stereoskopischen optischen systems Download PDF

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WO2007000338A1
WO2007000338A1 PCT/EP2006/006254 EP2006006254W WO2007000338A1 WO 2007000338 A1 WO2007000338 A1 WO 2007000338A1 EP 2006006254 W EP2006006254 W EP 2006006254W WO 2007000338 A1 WO2007000338 A1 WO 2007000338A1
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sub
socket
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Andreas Obrebski
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Carl Zeiss Surgical Gmbh
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
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Definitions

  • the present invention relates to a stereoscopic optical system and a method of manufacturing a stereoscopic optical system.
  • a stereoscopic optical system usually has a first optical subsystem with a plurality of optical elements for providing a left / first beam path and a second optical subsystem with a plurality of optical elements for providing a right / second beam path.
  • Characteristic of stereoscopic optical systems is that the guided by the two beam paths bundle with each other in a focus outside the stereoscopic optical system include a stereo angle ⁇ .
  • the two beam paths are usually assigned to the left or right eye of a user, the two beam paths are often referred to as left or right beam path.
  • the two beam paths can, for example, also be supplied to a first or a second photosensitive spatially resolving semiconductor element.
  • the first and second semiconductor elements may be, for example, a first and a second CCD chip.
  • the two beam paths are usually referred to as first or second beam path.
  • Such stereoscopic optical systems are used for example as a stereo camera.
  • FIG. 9 shows central beams of partial beam bundles guided in beam paths 94L and 94R.
  • the central beams guided by the beam paths 94L and 94R are imaged by the objective system 93 so as to meet on an object 95 to be viewed, thereby enclosing a stereo angle ⁇ with each other.
  • the optical system 91 is symmetrically constructed for the central rays of the optical paths 94L and 94R with respect to a common central axis 96 of the optical system 91.
  • the central rays coming from the object 95 enter the objective system 93 of the stereoscopic optical system 91 through a common main optical entrance lens 97.
  • the objective system 93 is thus provided jointly for the two central beams of the two beam paths 94L and 94R.
  • the two central beams are guided in the common objective system 93 so that they do not overlap, but penetrate the common objective system 93, in different areas of the optical lenses 97 used.
  • each central beam After emerging from the common objective system 93, the central beams each enter an eyepiece system 92, wherein each of the two beam paths 94L and 94R and thus each central beam is assigned its own eyepiece system 92.
  • the stereoscopic optical system 91 By changing lens pitches e and f or d in the stereoscopic optical system 91, it is possible to provide a variable magnification (zoom function) of the object under consideration 95 or a change of the working distance (focus) for adaptation to a viewed object 95.
  • the use of the common objective system 93 for the two central beams of the two beam paths 94L and 94R ensures that the two central beams also meet after a change in distance (focusing) by adjusting the distance d in the object plane and always include a stereo angle ⁇ . This is achieved by suitable choice of the optical surfaces of the optical lenses of the common objective system 93.
  • German patent application DE 101 34 896 A1 to which reference is made in its entirety, is intended to form part of the disclosure of the present patent application.
  • the large weight of the lens system has a significant impact on the freedom of movement of the user result.
  • the high weight often leads to premature fatigue of the user and a cramping of the neck muscles.
  • a stereomicroscope in which a left and a right imaging beam path are continuously separated.
  • an objective lens is used in the two imaging beam paths, which was made eccentric by removing a peripheral portion. Further, an area of the removed portion of each lens is significantly smaller than the remaining area of the corresponding lens.
  • the two objective lenses are arranged with the removed sections facing each other object in the lens of the stereomicroscope.
  • it is disadvantageous that initially two correspondingly larger lenses must be provided for the production of the two eccentric lenses. These two larger lenses must be manufactured with high accuracy, as in a Greenough system. As a result, the prior art system has high manufacturing costs. Further, in the prior art stereomicroscope, it is difficult to arrange the two eccentric objective lenses with sufficient accuracy relative to each other.
  • the above object is achieved by a stereoscopic optical system having the features of one of the independent claims 1 or 6. Further, the above object is achieved according to two alternative embodiments by a method with the combination of the features of one of independent claims 15 and 25. Advantageous developments can be found in the respective subclaims.
  • a stereoscopic optical system comprises a first optical subsystem having a plurality of optical elements for providing a left beam path of the stereoscopic optical system and a second optical subsystem having a plurality of optical ones Elements for providing a right beam path of the stereoscopic optical system.
  • at least one first optical subelement of the first optical subsystem has a first optical surface and at least one second optical subelement of the second optical subsystem has a second optical surface.
  • the first and second optical surfaces are partial surfaces of a common mathematical surface, which is rotationally symmetrical to a common main axis of the stereoscopic optical system.
  • the two optical surfaces of the two optical sub-elements are sub-surfaces of a mathematical surface rotationally symmetrical to a common main axis of the stereoscopic optical system, the two optical sub-elements act like a common optical element of the stereoscopic optical system for the left and right beam paths.
  • the above choice of the first and second optical surfaces of the first and second optical sub-element of the left and right beam path of the stereoscopic optical system also makes it possible to separate the two optical sub-elements by separating a single optical element, which before the separation of the common mathematical Area determines to form. It is therefore only necessary to produce a rotationally symmetric optical element with a common mathematical surface defining optical surface with high accuracy. Subsequently, the two optical sub-elements can be formed, for example, by sawing off or cutting off such an optical element. This ensures that the two optical surfaces of the two optical sub-elements have the same accuracy. Consequently, the objective system of the above stereoscopic system can be manufactured in a particularly simple and therefore inexpensive manner.
  • the first and second optical surfaces of the two optical sub-elements in sum have an area which is smaller than the common mathematical area. This results in a reduction in the design of the stereoscopic optical system and a reduction in the weight of the stereoscopic optical system due to the material savings of the first and second partial optical element over the use of a common optical element for the left and the right beam path.
  • a third optical subelement of the first optical subsystem has a third optical surface and a fourth optical subelement of the second optical subsystem has a fourth optical surface.
  • the third and the fourth optical surface are partial surfaces of a common mathematical surface, which is rotationally symmetrical to the main axis of the stereoscopic optical system.
  • the first optical sub-element and the third optical sub-element are spaced from each other along the major axis of the stereoscopic optical system by a distance.
  • the stereoscopic optical system further comprises an actuator for changing the distance of the first optical subelement from the third optical subelement along the major axis of the stereoscopic optical system.
  • first and second optical surfaces of the first and second optical subelements and the third and fourth optical surfaces of the third and fourth optical subelements are each pairwise subareas of a common, common main axis of the stereoscopic optical system rotationally symmetric mathematical surface. Therefore, a change in the distance of the first optical subelement from the third optical subelement along the major axis of the stereoscopic optical system automatically results in a change in the distance of the second optical subelement from the fourth optical subelement along the major axis of the stereoscopic optical system.
  • the first optical subelement and the third optical subelement of the stereoscopic optical system are arranged in a common beam path of the stereoscopic optical system.
  • Such a structure allows a change in the working distance (focusing) to adapt to a viewed object, without having to use common optical elements for the left and right beam path.
  • the change of the working distance is effected by changing the distance of the first and second optical subelements from the third and fourth optical subelements along the main axis of the stereoscopic optical system.
  • the above structure ensures that central beams of the left and right-hand optical paths in an object plane of the stereoscopic optical system remain unchanged even after the change of the Working distance and thus automatically after a change in the above distance always include a stereo angle ⁇ .
  • first and second optical sub-element and possibly. also the third and fourth optical sub-element each have an optical lens.
  • the first and second and / or third and fourth optical sub-elements may, for example, also be an optical mirror.
  • a stereoscopic optical system for displaying a stereoscopic image an object via a left beam path and a right beam path provided.
  • the stereoscopic optical system comprises a main optics penetrated jointly by the left beam path and the right beam path with (at least) a first optical element having a main optical axis, a left-hand optical subsystem with a plurality interspersed only by the left beam path of optical elements and a right optical subsystem interspersed only by the right beam path with a plurality of optical elements.
  • a refractive power of at least one optical element and / or a refractive power of an optical element formed by a plurality of optical elements can be changed, so that cross sections of an imaging beam of the left beam path and an imaging beam of the right beam path change as a function of the change in refractive power.
  • a total area of an optical surface of the first optical element of the main optical system has a value smaller than 1.8 times a maximum value of the area occupied by the cross sections of the imaging beams on the optical surface of the first optical element of the main optical system.
  • the at least one first optical element of the main optical system has a shape adapted to the maximum cross sections of the imaging beams on the optical surface of the respective first optical element. This makes it possible to provide a first optical element with a minimal design and thus also a minimum weight.
  • the total area of the optical surface of the first optical element is sufficient. pick up essential parts of the imaging beams and allow a mount of the first optical element.
  • the at least one optical element is a variable refractive power optical element, and the refractive power of the at least one optical element is variable by driving the optical element.
  • adjustable refractive lenses comprise a liquid crystal layer which is controllable via an electrode structure to adjust an optical path length provided by the liquid crystal layer for a beam passing through the layer in a location-dependent manner, that is across the cross-section of the lens, to desired values, thereby achieving a flexible lens effect is.
  • such an optical element of variable refractive power may, for example, also be a liquid lens.
  • a liquid lens typically comprises a housing having two entrance or exit windows, between which are enclosed two liquids, preferably not substantially miscible with different refractive indices.
  • the housing provides for the two liquids a symmetrical with respect to an optical axis of the liquid lens conical wall at which abuts an interface between the two liquids at a contact angle.
  • One liquid is electrically conductive, while the other liquid is electrically non-conductive.
  • a liquid lens may be obtained, for example, from Varioptic, 69007 Lyon, France.
  • the optical group is formed by at least one optical element of the main optics and at least one optical element of the left and the right optical subsystem and are the at least one optical element of the main optics and / or the at least one optical element of the left and the right optical Subsystem for changing the refractive power of the group relative to each other displaced.
  • Such displaceability is usually provided for realizing a zoom function and / or a focusing function.
  • Focusing optionally be realized by the main optics and / or the left or right optical subsystem.
  • a combined implementation by the main system and the left and right optical subsystem is possible.
  • the total area of an optical surface of the first optical element of the main optics has a value which is smaller than 1.5 times, preferably smaller than 1.3 times, a maximum value of the cross sections of the imaging beams on the optical surface of the first optical element of the main optics occupied area.
  • the total area of an optical surface of the first optical element of the main optical system has a value which is smaller than a 1.2 times and especially smaller than 1.1 times a maximum value of the cross sections of the imaging beams on the optical surface of the first optical element of the main optics occupied area.
  • the main optics has at least one second optical element, which is arranged such that the first and second optical elements have a common optical main axis. In this case, the first optical element and the second optical element are spaced from each other along the common main optical axis by a distance.
  • the stereoscopic optical system may further include a
  • Actuator includes the relative distance of the first optical
  • Elements of the second optical element automatically always include a stereo angle ⁇ .
  • the first and second optical elements are each an optical lens.
  • the first and / or second optical element may, for example, be an optical mirror.
  • the stereoscopic optical system according to an embodiment is a head-mounted loupe attachable to a user's head, since the weight saving associated with the above construction is particularly beneficial.
  • the stereoscopic optical system may be, for example, a stereomicroscope, in particular a surgical microscope.
  • a method for producing a stereoscopic optical system comprises the following steps: producing at least one first optical element which has at least one optical surface which is rotationally symmetrical with respect to an axis. Separating the first optical element into at least a first optical subelement and a second optical subelement such that the first and second optical subelements comprise parts of the at least one optical surface of the first optical element. And mounting the first optical sub-element and the second optical sub-element on a socket system such that the optical surface of the first optical sub-element and the optical surface of the second optical sub-element are rotationally symmetrical to a common optical axis.
  • first and second optical sub-elements by separating from a single first optical element ensures that the two optical surfaces of the two optical sub-elements have the same accuracy and characteristic as the optical surface of the first optical element. It is therefore only necessary to produce the rotationally symmetric to an axis optical surface of the first optical element with the desired accuracy.
  • the above arrangement of the first and second optical subelements on the frame system ensures that the optical surfaces of the first and second optical subelements act like the optical surface of an optical element which is common with respect to the common optical axis.
  • the above method enables production of the stereoscopic optical system in a simple manner, in a cost effective manner and with the required accuracy.
  • a sum of the areas of the optical surface of the first optical sub-element and the optical surface of the second optical sub-element is smaller as the optical surface of the first optical element before separation.
  • first and second optical sub-elements can optionally be formed from the first optical element.
  • the socket system comprises a first socket component and a second socket component
  • the method further comprises fixing the first optical element to the first socket component prior to separation.
  • mounting the first optical sub-element and the second optical sub-element on the socket system after disconnection comprises attaching the first socket component to the second socket component, wherein the first and second optical sub-elements remain attached to the first socket component.
  • first and the second optical subelement remain attached to the first socket component even after the first optical element has been separated, it is ensured, with a suitable choice of the at least one separation line, that the optical surface of the first optical subelement and the optical surface of the second optical subelement follow the separation are automatically arranged rotationally symmetrical to a common optical axis.
  • the mounting of the first socket component via the second socket component in the stereoscopic optical system greatly simplifies the mounting of the first partial optical element and the second partial optical element to the socket system. At the same time, this increases the accuracy of the relative arrangement of the first and second optical sub-elements relative to one another in a particularly simple manner.
  • the socket system also has a first socket component and a second socket component.
  • the method comprises separating a fixing of the first optical element to an auxiliary socket. Further, after separating, the method includes attaching the first optical sub-element and the second optical sub-element to the first socket component, wherein the first optical sub-element and the second optical sub-element remain attached to the auxiliary socket. After attaching the first optical sub-element and the second optical sub-element to the first socket component, the first optical sub-element and the second optical sub-element are released from the auxiliary socket.
  • the step of mounting the first optical sub-element and the second optical sub-element to the socket system after disconnection comprises attaching the first socket component to the second socket component, wherein the first and second optical sub-elements remain attached to the first socket component.
  • auxiliary socket to which the first optical element is attached prior to dicing ensures that the relative position and location of the optical sub-elements formed by the separation will be maintained even after separation.
  • the auxiliary socket can be chosen so that a division of the first optical element into a plurality of pairs of optical sub-elements, for example, by a saw is easily possible.
  • the optical sub-elements are released from the auxiliary socket only after being attached to the first socket component, it is ensured that the relative position and position of the optical sub-elements are maintained relative to one another even after the conversion.
  • the mounting of the first frame component via the second frame component in the stereoscopic optical system considerably simplifies the mounting of the first optical sub-element and the second optical sub-element to the frame system while ensuring high accuracy.
  • the first socket component does not grasp the entire first optical element due to the use of an auxiliary socket and also does not allow severing of the first optical element must, the first socket component further may have a particularly compact design.
  • the separation of the first optical element comprises separating into a plurality of pairs of optical sub-elements and the mounting comprises mounting each pair of optical sub-elements on a respective separate socket system.
  • a plurality of pairs of optical subelements for a plurality of stereoscopic optical systems can be formed from a single first optical element.
  • the manufacturing costs for the stereoscopic optical systems can be significantly reduced.
  • each of the plurality of socket systems has a first socket component. Further, according to an embodiment, the method further comprises fixing the first socket component of each of the plurality of socket systems to the first optical element prior to separation. The method then includes separating the first socket components of the plurality of socket systems from one another, each pair of the optical socket elements remaining attached to each of the first socket components.
  • the method further comprises producing a second optical element which has at least one optical surface which is rotationally symmetrical with respect to an axis. Further, the method comprises separating the second optical element in at least a third optical subelement and a fourth optical subelement such that the third and the fourth optical subelement comprise parts of the at least one optical surface of the second optical element. In addition, the method comprises mounting the third optical sub-element and the fourth optical sub-element on the socket system such that the optical surface of the third optical sub-element and the optical surface of the fourth optical sub-element are arranged rotationally symmetrical to the common optical axis.
  • the first optical subelement and the third optical subelement are arranged at a distance from one another along the common optical axis.
  • the socket system then comprises an actuator for changing the distance of the first optical subelement from the third optical subelement along the common optical axis.
  • the first optical subelement and the third optical subelement are arranged in a common beam path of the stereoscopic optical system.
  • the above method makes it possible to produce a stereoscopic optical system which allows a change in the working distance (focusing) for adaptation to a viewed object.
  • the change of the working distance is effected by a change of the distance of the first and second optical subelements from the third and fourth optical subelements along the common optical axis.
  • the construction achieved by the above method with a suitable choice of the respective optical surfaces of the first and second optical elements, ensures that central rays passing through the optical elements are present in an object plane of the stereoscopic optical system even after the change of the working distance and thus after a change in the distance of the first and second optical sub-element of the third and fourth optical sub-element automatically always a stereo angle ⁇ is included.
  • a method for producing a stereoscopic optical system comprises the following steps: producing a first optical element which has at least one optical surface which is rotationally symmetrical about an axis. Producing a second optical element, which has at least one rotationally symmetrical to an axis optical surface. Separating the first optical element into a first central optical sub-element and two outer optical sub-elements by two straight-line sections. Separating the second optical element into a second central optical subelement and two outer optical subelements by two rectilinear sections.
  • first and second optical elements By separating the first and second optical elements into a first and a second central optical sub-element and two outer optical sub-elements, wherein only the first and second central optical sub-elements are mounted in a socket system of the stereoscopic optical system, in a particularly simple manner Reducing the weight of the stereoscopic optical system causes.
  • the first central optical subelement and the second central optical subelement are arranged at a distance from one another along the common optical axis.
  • the socket system comprises an actuator for changing the distance of the first central optical subelement from the second central optical subelement along the common optical axis.
  • the above method makes it possible to produce a stereoscopic optical system which allows a change in the working distance (focusing) for adaptation to a viewed object.
  • the change of the working distance is effected by a change of the relative distance of the first and second central optical element from each other along the common optical axis.
  • the structure obtained by the above method with suitable choice of the respective optical surfaces of the first and second optical elements and thus the first and second central optical sub-element ensures that the optical sub-elements passing central rays of a left and right beam path of the stereoscopic optical system also after the change of the working distance, and thus after a change in the above relative distance between the first and second central optical sub-elements, always automatically (ie within a use range of the stereoscopic optical system) intersecting a stereo angle ⁇ in an object plane of the stereoscopic optical system.
  • the first and / or second optical element may be an optical lens. According to an alternative embodiment, however, the first and / or second optical element may, for example, also be an optical mirror.
  • the stereoscopic optical system is a head-mounted loupe attachable to a user's head.
  • the stereoscopic optical system may be a stereomicroscope, in particular a surgical microscope.
  • FIG. 1A is a schematic illustration of a beam path through a stereoscopic system using the example of a head-mounted loupe according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 1B is a schematic representation of a beam path through a stereoscopic system using the example of a surgical microscope according to a second embodiment of the present invention
  • FIG. 2A is a schematic representation of a spatial representation of optical components of the microscope head shown in FIG. 1A, as well as a beam of rays passing through it;
  • FIG. 2B schematically shows a spatial representation of optical
  • FIG. 2C schematically shows a spatial representation of optical components of the surgical microscope shown in FIG. 1B, as well as a beam of rays passing through it,
  • FIG. 3A schematically shows a front view of a first (or second) optical element
  • FIG. 3B schematically shows a side view of the first (or second) optical element from FIG. 3A
  • FIG. 3C schematically shows a front view of an optical element according to the alternative embodiment form
  • FIG. 3D schematically shows a front view of a first (or second) optical element according to the second embodiment
  • Figures each schematically a front view of a first
  • FIG. 4A schematically shows a front view of a first (or second) optical element attached to two first ones
  • FIG. 4B schematically shows a rear view of FIG. 4A
  • FIG. 4C shows a schematic side view of FIG. 4A
  • FIG. 5 schematically shows a front view of a first socket component, which is used in FIG. 4A,
  • FIG. 6 schematically shows a front view of a first (or second) optical element which is fastened to an auxiliary socket
  • FIG. 7 schematically shows a front view of a first one
  • Socket component which in conjunction with in
  • Figure 8A is a flow chart of a first embodiment of a
  • FIG. 8B is a flowchart of an alternative embodiment of a method of manufacturing a stereoscopic optical system
  • FIG 9 shows a schematic representation of a beam path through a stereoscopic system according to the prior art.
  • FIG. 1A schematically shows a beam path through a stereoscopic optical system according to a first embodiment of the present invention using the example of a head-mounted magnifier 1.
  • the optical system of the head loupe 1 is symmetrically constructed of a left (first) optical subsystem 2L and a right (second) optical subsystem 2R for left (first) and right (second) optical paths 4L and 4R with respect to a common center axis 7 of the optical system.
  • the left and right beam paths 4L and 4R are represented by the respective central beams of the beams passing through them.
  • the head loupe 1 can be fastened by means of straps to the head of a viewer in such a way that a left or right eye 5L and 5R of the observer respectively looks into a left or right exit eyepiece 31L, 31R of the head magnifier 1.
  • left and right central beams are shown by partial beams passing through the left and right beam paths 4L and 4R, respectively, which are supplied to the eyes 5L, 5R of the observer from the exit eyepieces 31L, 31R.
  • the central rays are multiply folded by mirrors 32L, 33L, 37L and 32R, 33R, 37R of the head magnifier 1 and imaged by the objective system 10 so that they meet at an object 6 to be observed and thereby enclose a stereo angle ⁇ .
  • the head magnifier 1 thus forms an image of the object 6 on each eye 5L, 5R of the observer, the viewing angles of the two images differing by the stereo angle ⁇ , so that a stereoscopic impression of space for the subject 6 is produced by the observer.
  • the size of the stereo angle ⁇ depends on the respective working distance a of the object 6 under consideration from the objective system 10 of the microscope 1. According to one embodiment, the stereo angle is ⁇ between 2 ° and 10 °. According to another embodiment, the stereo angle ⁇ is between 4 ° and 6 °.
  • the central beams of the two beam paths 4L, 4R enter through a lens system 10 of the head loupe 1 formed by two pairs of partial optical lenses 38L, 38R and 39L, 39R.
  • the first partial optical lens 38L has a first optical surface Ol
  • the second partial optical lens 38R a second optical surface 02
  • the third partial optical lens 39L a third optical surface 03
  • both the first and second optical surfaces O1 and O2 as well as the third and the fourth optical surfaces 03 and 04 are each pairwise partial surfaces of a common mathematical surface which is rotationally symmetrical to the common main axis 7
  • Partial lenses 38L, 38R and 39L, 39R each as one for the left and right central rays of the left and right
  • Beam path 4L and 4R common optical lens.
  • the common mathematical area is continuous.
  • the common mathematical surface is continuous convex or concave and thus has a curvature of constant sign.
  • the common mathematical area is a sphere.
  • the first and second optical surfaces O1, O2 and the third and fourth optical surfaces 03, 04 of the two pairs of partial optical lenses 38L, 38R and 39L, 39R each have an area smaller than one Area 0 which would result if the two pairs of partial optical lenses 38L, 38R and 39L, 39R were each formed by a common optical lens.
  • the first and third partial optical lenses 38L, 39L and the second and fourth partial optical lenses 38R, 39L are each spaced from each other along the center axis 7 of the head magnifier 1 by a distance d.
  • the first and third optical sub-elements 38L, 39L and the second and the fourth optical sub-elements 38R, 39R are each arranged in a common beam path 4L or 4R of the head magnifier 1.
  • this distance d can be set as a function of a control device 12 of the head loupe 1.
  • Partial lens 38L, 38R or for the third and fourth optical partial lenses 39L, 39R each common mathematical surface sure that of central rays of the left and right
  • an adjustable magnification (zoom function) of the object 6 under consideration is also possible.
  • the left and right central beams 4L, 4R are exclusively composed of separate left optical elements 31L, 32L, 33L, 34L, 35L, 36L, 37L, 38L, 39L and right optical elements 31R, 32R, respectively. 33R, 34R, 35R, 36R, 37R, 38R, 39R.
  • 33R, 34R, 35R, 36R, 37R, 38R, 39R may be provided in the region of an objective system 10 formed by the optical lenses 38L, 38R, 39L, 39R.
  • the central beams 4L and 4R After emerging from the objective system 10, the central beams 4L and 4R enter respectively into an eyepiece system 8, wherein each of the two central beams 4L, 4R is assigned a separate eyepiece system 8 separately.
  • the objective system 10 images the beams emanating from the object 6 to infinity.
  • FIG. 2A shows in a spatial representation a partial beam 4L 'entering the left eye 5L of the viewer 3, the central beam of which is shown in FIG. 1A.
  • Figure 2A additionally shows two first frame components Fl, F2, to which the optical partial lenses 38L, 38R and 39L, 39R are attached.
  • the two first frame components F1, F2 carrying the optical sub-lenses 38L, 38R and 39L, 39R are supported by second frame components F3, F3 ', F3 "of a frame system of the above-mentioned head magnifier 1.
  • the second socket component F3 by means of the motor 11 in response to the control device 12 along the central axis 7 of the head loupe 1 slidably.
  • the distance d between the first frame component Fl carrying the first and second partial optical lenses 38L, 38R and the first frame component F2 supporting the third and fourth optical partial lenses 39L, 39R is adjustable. Consequently, a working distance a (see FIG. 1) between the third and fourth partial optical lenses 39L, 39R carrying first frame component F2 and an object plane in which the image of the object 6 is sharply focused on the eyes 5L, 5R is also changeable.
  • the distance d 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.
  • the first socket component F1 supported by the second socket components F3 ', F3 "carrying the first and second partial optical lenses 38L, 38R is bidirectional in response to the control means 12 by means of the second socket components F3', F3" x, y, which are perpendicular to the central axis 7 of the head magnifier 1, displaceable.
  • This lateral displacement of the first frame component F1 serves to automatically compensate for vibration or wobble of the head magnifier 1.
  • the control device 12 is connected to receivers not shown for vibrations or changes in position of the head loupe 1.
  • the stereoscopic optical system according to the invention can alternatively also be, for example, a stereomicroscope, in particular a surgical microscope. Furthermore, it is of course possible to deviate from the number of optical elements and number of optical partial lenses shown in FIGS. 1A and 2A. Furthermore, the optical elements or optical partial lenses of the stereoscopic system according to the invention can also be cemented elements constructed from two or more optical partial lenses with different refractive indices or the like. Further, it is possible that one or more of the optical elements of the stereoscopic optical system is a variable power lens (eg, a liquid lens or a liquid crystal lens (LC lens)). Instead of using optical lenses, the use of optical mirrors as optical elements or partial optical lenses is also possible.
  • a variable power lens eg, a liquid lens or a liquid crystal lens (LC lens)
  • a stereoscopic optical system which is not a head-loupe but, for example, a stereomicroscope.
  • the method according to the invention in a first step S1, at least one first optical element 13 having at least one optical surface O which is rotationally symmetrical with respect to an axis A is produced.
  • the first optical element 13 may be, for example, an optical lens formed as a cemented element. Alternatively, it may for example also be an optical mirror.
  • step S2 the first optical element 13 is attached to a first socket component F1.
  • a suitable first frame component Fl is shown in FIG. 1
  • the optical element 13 is secured in the step S2 simultaneously on two 90 ° to each other twisted first frame components Fl and Fl. 1
  • Figures 4A, 4B and 4C show schematically a front view of the first optical element 13, the first two frame components Fl, Fl 1 two detection systems is mounted.
  • FIG. 4B schematically shows a rear view of FIG. 4A
  • FIG. 4C shows a schematic side view of FIG. 4A.
  • a separation S3 of the first optical element 13 into at least a first partial optical lens 38L and a second partial optical lens 38R takes place.
  • the separation can be done for example by sawing or cutting.
  • FIGS. 4A, 4B and 4C a separation into two pairs of first and second optical partial lenses 38L, 38R and 38L 1 , 38R 1 is shown corresponding to the number of the first frame components Fl and Fl 1 .
  • a separation into only one pair or a larger number of pairs of partial optical lenses is possible.
  • the diagonally hatched regions of the first optical element 13 identify partial optical lenses which are discarded after separation.
  • the separation is performed such that the pairs of first and second partial optical lenses 38L, 38R and 38L 1 , 38R 1 each have parts of the at least one optical surface O of the first optical element 13 after being separated. Consequently, a sum of the areas of the optical surfaces Ol, 02, 03, and 04 is less than or equal to the optical surface 0 of the first optical element 13 before the separation.
  • the separation of the first optical element 13 into the two pairs of first and second optical partial lenses 38L, 38R and 38L ', 38R 1 takes place so that only a small amount of material of the first optical element 13 is discarded.
  • the material to be discarded is shown hatched in FIG. 3F.
  • maximum values of the respective cross sections of imaging beam bundles, which penetrate the pairs of first and second optical partial lenses 38L, 38R and 38L ', 38R 1 are shown in dotted lines.
  • the two first frame components Fl, Fl 1 are separated from each other, wherein in each case one pair of the optical component lenses 38 L, 38 R or 38 L 1 , 38 R 1 remains attached to each of the first frame components Fl or Fl 1 .
  • the two first frame components Fl, Fl 1 with the respective pair of optical partial lenses 38 L, 38 R, 38 L 1 , 38 R 1 attached thereto can then be used in each case for producing a head magnifier 1 according to the invention. This is done by mounting the respective first frame component Fl, Fl 1 in the respective frame system of the respective head magnifier 1.
  • the first frame component Fl is attached in step S4 to a second frame component F3 or F3 ', F3 "of a frame system of the headpiece 1 according to the invention, with the first and second partial optical lenses 38L, 38R remaining attached to the first frame component F1
  • the first and second partial optical lenses 38L, 38R are automatically mounted on the socket system such that the optical surface Ol of the first partial optical lens 38L and the optical surface 02 of the second partial optical lens 38R are arranged rotationally symmetrical to a common optical axis 7.
  • fixing the first optical element 13 does not take place at one or more first frame components Fl, Fl 1, but on the auxiliary frame F4 prior to separation. This is shown in FIG.
  • the first and second partial optical lenses 38L, 38R are attached to the first socket component F1, F5. Since the first socket component Fl, F5 in this embodiment does not have to allow attachment and disconnection of the first optical element 13, the first socket component Fl, F5 can be fully tuned to the pair of first and second partial optical lenses 38L, 38R. This is shown in FIG. 7 using the example of the first socket component F5.
  • the first frame component may also be simply formed by a ridge (not specifically shown) rigidly connecting the first and second partial optical lenses 38L, 38R, thereby defining the position and location of the first and second partial optical lenses 38L, 38R relative to each other ,
  • first and second partial optical lenses 38L, 38R preferably remain during attachment of the first and second partial optical lenses 38L , 38R is attached to the first socket component Fl, Fl 1 on the auxiliary socket F4. Only then followed by a release of the first and the second partial optical lens 38L, 38R from the auxiliary socket F4.
  • the method further comprises producing a second optical element which has at least one optical surface that is rotationally symmetrical about an axis. Since this second optical element differs from the first optical element 13 only by the choice of the optical surface which is rotationally symmetrical to the axis, it is not shown specifically in the figures.
  • the method further comprises separating the second optical element into at least a third partial optical lens 39L and a fourth partial optical lens 39R such that the third and fourth partial optical lenses 39L, 39R comprise portions of the at least one optical surface of the second optical element.
  • the third partial optical lens 39L and the fourth partial optical lens 39R are mounted on the frame system so that the optical surface O3 of the third partial optical lens 39L and the optical surface O4 of the fourth partial optical lens 39R are rotationally symmetrical to the common optical axis 7 of the headlight 1 are. In this case, as shown in FIG.
  • the first partial optical lens 38L and the third partial optical lens 39L are preferably arranged in a common central beam 4L of the telescope 1 at a distance d from each other along the common optical axis 7.
  • the structure achieved by the method according to the invention with a suitable choice of the respective optical surfaces O of the first and second optical elements 13 and thus of the optical surfaces O1, O2, 03, 04 of the optical partial lenses 38L, 38R, 39L, 39R, ensures that an object plane 6 of the head loupe 1 even after a change in the working distance and thus after a change in the distance d between the first and third or second and fourth partial optical lens 38L, 39L or 38R, 39R of central rays of the two beam paths 4L, 4R always automatically a stereo angle ⁇ is included.
  • FIGS. 2B, 3A, 3B, 3C and 8B An alternative embodiment of the method according to the invention for producing an alternative head loupe 1 'is described below with reference to FIGS. 2B, 3A, 3B, 3C and 8B. Except for the design of the optical elements of the objective system 10, the head magnifier 1 'on the structure shown in Figure IA. The description of identical elements is therefore largely omitted below.
  • the method for producing the head-loupe 1 comprises the following steps:
  • step S a first optical element 13, which has at least one optical surface O which is rotationally symmetrical about an axis A, is produced.
  • the rotationally symmetric optical surface O of the first optical element 13 is continuous and has the shape of a sphere.
  • a second optical element is produced in step S12, which also has at least one optical surface which is rotationally symmetrical with respect to an axis.
  • the rotationally symmetric optical surface of the second optical element is continuous and has the shape of a sphere.
  • the rotationally symmetrical optical surfaces of the first and second optical elements may be the same or different.
  • the first and second optical elements 13 are optical lenses. Alternatively, however, it may also be, for example, optical mirrors. A corresponding first and second optical element 13 is shown in FIGS. 3A and 3B.
  • step S13 the first optical element 13 is separated into a first central optical partial lens 38 and two outer optical partial lenses 38 ', 38 "by means of two straight-line sections. Subsequently or simultaneously, a separation S14 of the second optical element ensues in two straight-line sections.
  • a second central optical partial lens 39 and two outer optical partial lenses are shown diagrammatically in Figure 3C, where the diagonally hatched areas denote the outer partial optical lenses 38 ', 38 ".
  • the first central partial optical lens 38 and the second partial central optical lens 39 are mounted on a frame system such that an optical surface Ol 1 of the first central partial optical lens 38 and an optical surface 02 'of the second central optical partial lens 39 each rotationally symmetrical to a common optical axis 7 of the head loupe 1 'are arranged. It is mounted via a pair of first frame components Fl 1 and F2 'in which the first and second central optical part of the lens are fixed 38 and 39 respectively.
  • the first central optical partial lens 38 and the second central optical partial lens 39 are preferably spaced from each other by a distance d spaced common optical axis 7.
  • the first frame components Fl ', F2' thereby allow a change of the distance d along the common optical axis by means of a motor 11.
  • the outer partial optical lenses 38 ', 38 are respectively discarded, but alternatively it is also possible to discard the central partial optical lenses 38, 39 and the outer partial optical lenses 38', 38" in the head-mounted camera to assemble that an optical surface of a first outer optical partial lens and an optical surface of a second. outer optical partial lens is arranged in each case rotationally symmetrical to a common optical axis of the stereoscopic optical system.
  • the first optical element 13 is used to a particularly great extent as the first central optical partial lens 38.
  • the high utilization of the first optical element 13 is promoted by maximum values of the respective cross sections of the imaging beams 4L'max , 4R'max partially overlap on the optical surface of the first central partial optical lens 38. These maximum values of the cross sections are shown in dotted line in FIG.
  • FIG. 2B only the left optical subsystem of the head magnifier 1 'is completely shown.
  • a stereoscopic optical system for left and right central beams 4L and 4R with respect to the common central axis 7 of the optical system is generally symmetrical of a left-hand optical system and a right-hand optical system not completely shown in FIG. 2B
  • Subsystem 2L, 2R is constructed.
  • first and second optical elements 13 By separating the first and second optical elements 13 into a first and second central optical partial lens 38, 39 and in each case a pair of outer optical partial lenses 38 ', 38 ", wherein Only the first and second central optical partial lenses 38, 39 are mounted in the socket system of the head magnifier 1 ', a reduction in the weight of the head magnifier I 1 is effected in a particularly simple manner. Furthermore, the method allows a reduction in the design of the head magnifier.
  • the structure achieved by the method according to the invention with a suitable choice of the respective optical surfaces Ol 1 , 02 'of the first and second optical element 13 and thus of the first and second central optical partial lenses 38, 39, ensures that even after a change of the relative Distance between the first and second central optical partial lenses 38, 39 central rays of the left and right beam path 4L, 4R automatically always (ie over the entire adjustment range of the headlight) including a stereo angle ⁇ in an object plane 6 of the head loupe 1 intersect.
  • the stereoscopic optical system may, for example, also be a stereomicroscope.
  • the surgical microscope 1 "serves to display a stereoscopic image of an object 6 via a left beam path 4L and a right beam path 4R
  • the left is symbolized Beam path 4L through which it passes through imaging beam 4L 1 symbolizes.
  • the surgical microscope 1 "shown here has a main optics 10 penetrated jointly by the left-hand beam path 4L and the right-hand beam path 4R with a first optical lens 38 and a second optical lens 39.
  • the first and second optical lenses 38, 39 are arranged such that they have a common major optical axis 7 and are spaced from each other along the common major optical axis 7 by a distance d.
  • the main optics 10 corresponds to the objective of the preceding embodiments.
  • the surgical microscope 1 has a left optical subsystem 2L 1 penetrated only by the left beam path 4L with a plurality of optical elements 31L, 32L, 33L, 34L, 35L, 36L, 37L and a right optical subsystem interspersed only by the right beam path 4R 2R 1 having a plurality of optical elements 31R, 32R, 33R, 34R, 35R, 36R, 37R.
  • the optical elements 31L, 32L, 33L, 34L, 35L, 36L, 37L, 31R, 32R, 33R, 34R, 35R, 36R, 37R and the first and second optical lenses 38, 39 may be, for example, simple lenses or from two optical partial lenses with different refractive index constructed cemented or similar act. Further, it is possible that one or more of the optical elements of the stereoscopic optical system is a variable power lens (eg, a liquid lens or a liquid crystal lens (LC lens)). Lenses of variable refractive power are not moved to change their refractive power usually relative to other lenses, but driven accordingly. Instead of using optical lenses, the use of optical mirrors is also possible.
  • a variable power lens eg, a liquid lens or a liquid crystal lens (LC lens)
  • At least one optical lens 38, 39 is the main optics 10 and an optical element 34L, 35L, 36L, 34R, 35R, 36R of the left and right optical subsystems 2L 1 , 2R 1 displaceable relative to each other.
  • a refractive power of an optical group formed by the at least one optical lens 38, 39 of the main optics 10 and the at least one optical element 34L, 35L, 36L, 34R, 35R, 36R of the left and right optical subsystems 2L ', 2R 1 can be changed so that cross sections of an imaging beam 4L 1 of the left beam path 4L and an imaging beam 4R 1 of the right beam path 4R change depending on the change of the power of the group and thus the displacement.
  • an actuator in the form of a motor 11 is provided to change the relative distance d of the first optical lens 38 from the second optical lens 39 along the main optical axis 7.
  • the at least one optical element of variable refractive power can be, for example, a liquid-crystal lens or a liquid lens, which in FIG. 1B can replace the optical elements 35L, 35R, for example.
  • a refractive power of this optical element variable refractive power is variable by driving the optical element, so that also here cross sections of an imaging beam 4L 1 of the left beam path 4L and an imaging beam 4R 1 of the right beam path 4R in response to the change in refractive power and thus the drive change.
  • an outer shape of the first and second optical lenses 38, 39 of the main optics 10 is selected such that a respective total area of an optical surface Ol 1 , 02 'of the first and second optical lenses, respectively 38, 39 has a value which is smaller than 1.8 times a maximum value of the respective cross sections of the imaging beams 4L'max, 4R'max on the respective optical surface Ol 1 02 'of the first and second optical lenses 38, 39 of the main optics 10 occupied area is.
  • FIG. 3D schematically shows a front view of an optical lens 13 which is suitable for producing the first and second optical lenses 38, 39, respectively.
  • FIG. 3B shows a side view of the optical lens 13.
  • the first and second optical lenses 38, 39 are preferably formed by separating from the optical lens 13. This can be done for example by sawing or cutting. Alternatively, it is also possible, the first and second optical lens 38, 39 by removing material of the optical
  • Lens 13 (eg by grinding, planing or milling).
  • the diagonally hatched area shows partial lenses 38 ', 38 "
  • maximum values 4L'max, 4R'max and with dashed lines minimum values 4L 'min, 4R'min of the respective cross sections of the imaging beam 4L 1 , 4R 1 on the optical surface Ol 1 of the first optical lens 38 of the main optics 10 occupied areas shown.
  • the maximum value of the area occupied by the respective cross-sections of the imaging beams 4L'max, 4R'max depends in the embodiment shown on the distances d, e and f and the arrangement of the respective optical surface Ol 1 , 02 'and can, for example experimentally or by Calculation can be determined.
  • the shape of the first optical lens 38 in FIG. 3D is adapted to the maximum value of the area occupied by the respective cross sections of the imaging beams 4L'max, 4R'max.
  • a web S is provided between the two regions of the first optical lens 38 guiding the imaging beams 4L 1 , 4R 1 . Due to the web S, the two areas defining the imaging beams 4L ', 4R 1 are fixed with regard to their relative position and position. Further, the web S can optionally be used for mounting the first optical lens 38.
  • the total area of a respective optical surface Ol 1 , 02 'of the first and second optical lenses 38, 39 of the main optics 10 may have a value which is less than 1.5 times, preferably less than 1.3 times, preferably smaller than 1.2 times, and more preferably smaller than 1.1 times, a maximum value of the cross sections of the imaging beams 4L'max, 4R'max on the respective optical surface Ol 1 , O2 'of the first and second, respectively is optical surface 38, 39 occupied area.
  • a minimum size and a minimum weight of the first and second optical lenses 38, 39 can be achieved with respect to the imaging beam.
  • the first and / or second optical lens 38 and / or 39 may for example also be formed by optical mirrors.
  • the above-described stereoscopic structure may be used other than a surgical microscope, for example, a head-mounted magnifier or the like.

Abstract

Die vorliegende Erfindung offenbart ein stereoskopisches optisches System (1) , umfassend ein erstes optisches Teilsystem (2L) mit einer Mehrzahl von optischen Elementen (31L, 32L, 33L, 34L, 35L, 36L, 37L, 38L, 39L) zur Bereitstellung eines linken Strahlengangs (4L) des stereoskopischen optischen Systems (1) und ein zweites optisches Teilsystem (2R) mit einer Mehrzahl von optischen Elementen (31R, 32R, 33R, 34R, 35R, 36R, 37R, 38R, 39R) zur Bereitstellung eines rechten Strahlengangs (4R) des stereoskopischen optischen Systems (1) . Dabei weist wenigstens ein erstes optisches Teilelement (38L) des ersten optischen Teilsystems (2L) eine erste optische Oberfläche (Ol) und wenigstens ein zweites optisches Teilelement (38R) des zweiten optischen Teilsystems (2R) eine zweite optische Oberfläche (02) auf . Erfindungsgemäß sind die erste und die zweite optische Oberfläche (Ol, 02) Teilflächen einer gemeinsamen mathematischen Fläche, welche rotationssymmetrisch zu einer gemeinsamen Hauptachse (7) des stereoskopischen optischen Systems (1) ist. Weiter wird ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen stereoskopischen optischen Systems offenbart.

Description

Stereoskopisches optisches System und Verfahren zur Herstellung eines stereoskopischen optischen Systems
Die vorliegende Erfindung betrifft ein stereoskopisches optisches System und ein Verfahren zur Herstellung eines stereoskopischen optischen Systems .
Ein stereoskopisches optisches System weist üblicherweise ein erstes optisches Teilsystem mit einer Mehrzahl von optischen Elementen zur Bereitstellung eines linken/ersten Strahlengangs und ein zweites optisches Teilsystem mit einer Mehrzahl von optischen Elementen zur Bereitstellung eines rechten/zweiten Strahlengangs auf .
Kennzeichnend für stereoskopische optische Systeme ist, daß die von den beiden Strahlengängen geführten Strahlenbündel miteinander in einem Fokussierpunkt außerhalb des stereoskopischen optischen Systems einen Stereowinkel α einschließen.
Da die beiden Strahlengänge üblicherweise dem linken bzw. rechten Auge eines Benutzers zugeordnet sind, werden die beiden Strahlengänge häufig auch als linker bzw. rechter Strahlengang bezeichnet .
Statt dem Auge eines Benutzers können die beiden Strahlengänge beispielsweise auch einem ersten bzw. einem zweiten photosensitiven ortsauflösenden Halbleiterelement zugeführt werden. Bei den ersten und zweiten Halbleiterelementen kann es sich beispielsweise um einen ersten und zweiten CCD-Chip handeln. In diesem Fall werden die beiden Strahlengänge in der Regel als erster bzw. zweiter Strahlengang bezeichnet. Derartige stereoskopische optische Systeme werden beispielsweise als Stereokamera verwendet.
Ein Strahlengang durch ein aus der deutschen Patentanmeldung DE 101 34 896 Al vorbekanntes stereoskopisches optisches System ist in Figur 9 dargestellt. Das stereoskopische optische System 91 nach dem Stand der Technik weist zwei Okularsysteme 92 und ein gemeinsames Objektivsystem 93 auf. In Figur 9 sind Zentralstrahlen von in Strahlengängen 94L und 94R geführten Teilstrahlenbündeln dargestellt . Die von den Strahlengängen 94L und 94R geführten Zentralstrahlen werden durch das Objektivsystem 93 derart abgebildet, daß sie sich an einem zu betrachtenden Objekt 95 treffen und dabei miteinander einen Stereowinkel α einschließen.
Das optische System 91 ist für die Zentralstrahlen der Strahlengänge 94L und 94R bezüglich einer gemeinsamen Mittelachse 96 des optischen Systems 91 symmetrisch aufgebaut. Die vom Objekt 95 kommenden Zentralstrahlen treten durch eine gemeinsame optische Haupteintrittslinse 97 in das Objektivsystem 93 des stereoskopischen optischen Systems 91 ein. Das Objektivsystem 93 ist somit für die beiden Zentralstrahlen der beiden Strahlengänge 94L und 94R gemeinsam vorgesehen.
Dabei werde die beiden Zentralstrahlen in dem gemeinsamen Objektivsystem 93 so geführt, daß sie sich nicht überlappen, sondern das gemeinsame Objektivsystem 93, in unterschiedlichen Bereichen der verwendeten optischen Linsen 97 durchdringen.
Nach ihrem Austritt aus dem gemeinsamen Objektivsystem 93 treten die Zentralstrahlen jeweils in ein Okularsystem 92 ein, wobei jedem der beiden Strahlengänge 94L und 94R und damit jedem Zentralstrahl ein eigenes Okularsystem 92 zugeordnet ist.
Durch Änderung von Linsenabständen e und f bzw. d in dem stereoskopischen optischen System 91 ist die Bereitstellung einer variablen Vergrößerung (Zoomfunktion) des betrachteten Objekts 95 beziehungsweise eine Änderung des Arbeitsabstandes (Fokussierung) zur Anpassung an ein betrachtetes Objekt 95 möglich. Dabei stellt die Verwendung des gemeinsamen Objektivsystems 93 für die beiden Zentralstrahlen der beiden Strahlengänge 94L und 94R sicher, daß die beiden Zentralstrahlen auch nach einer Abstandsanderung (Fokussierung) durch Anpassung des Abstandes d sich in der Objektebene treffen und dabei immer einen Stereowinkel α einschließen. Dies wird durch geeignete Wahl der optischen Oberflächen der optischen Linsen des gemeinsamen Objektivsystems 93 erreicht.
Der Inhalt der deutschen Patentanmeldung DE 101 34 896 Al, auf den vollumfänglich Bezug genommen wird, soll Teil der Offenbarung der vorliegenden Patentanmeldung sein.
Bei dem vorstehend beschriebenen stereoskopischen System ist es nachteilig, daß das gemeinsame Objektivsystem ein sehr großes
Gewicht aufweist. Der Grund ist, daß die beiden Zentralstrahlen in dem gemeinsamen Objektivsystem so geführt werden müssen, daß sie die optischen Linsen des gemeinsamen Objektivsystems zumindest teilweise in unterschiedlichen Bereichen durchdringen. Weiter müssen die optischen Linsen des Objektivsystems eine gewisse Verlagerung, Vergrößerung und/oder Verkleinerung des
Durchdringungsbereiches der beiden Zentralstrahlen erlauben. In der Folge müssen die gemeinsam für die beiden Zentralstrahlen verwendeten optischen Linsen des gemeinsamen Objektivsystems sehr groß ausgebildet sein.
Bei Verwendung eines derartigen stereoskopischen Systems beispielsweise als Kopflupe hat das große Gewicht des Objektivsystems eine erhebliche Beeinträchtigung der Bewegungsfreiheit des Benutzers zur Folge. Außerdem führt das hohe Gewicht oft zu einer vorzeitigen Ermüdung des Benutzers und einer Verkrampfung der Nackenmuskulatur.
Aus der Patentschrift DE 21 59 093 ist ein Stereomikroskop bekannt, in welchem ein linker und ein rechter Abbildungsstrahlengang durchgehend getrennt geführt werden. Dabei wird in den beiden AbbildungsStrahlengängen jeweils eine Objektivlinse verwendet, welche durch Entfernen eines peripheren Abschnitts exzentrisch gemacht wurde. Weiter ist eine Fläche des entfernten Abschnitts einer jeweiligen Linse deutlich kleiner als die verbleibende Fläche der entsprechenden Linse. Die beiden Objektivlinsen sind mit den entfernten Abschnitten einander zugekehrt objektseitig im Objektiv des Stereomikroskops angeordnet . Bei dem aus der DE 21 59 093 vorbekannten Aufbau ist es nachteilig, dass für die Herstellung der beiden exzentrischen Linsen zunächst zwei entsprechend größere Linsen bereitgestellt werden müssen. Diese beiden größeren Linsen müssen - wie bei einem Greenough-System - mit hoher Genauigkeit hergestellt werden. In der Folge weist das vorbekannte System hohe Herstellungskosten auf. Weiter ist es bei dem vorbekannten Stereomikroskop schwierig, die beiden exzentrischen Objektivlinsen mit ausreichender Genauigkeit relativ zueinander anzuordnen.
Gemäß einer Ausführungsform ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein stereoskopisches optisches System zur Verfügung zu stellen, welches ein Objektivsystem mit niedrigem Gewicht aufweist und auf einfache und kostengünstige Weise mit ausreichender Genauigkeit hergestellt werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, welches eine Herstellung eines stereoskopischen optischen Systems, das ein Objektivsystem mit einem niedrigen Gewicht aufweist, mit einfachen Mitteln auf kostengünstige Weise und mit der erforderlichen Genauigkeit ermöglicht.
Gemäß zweier alternativer Ausführungsformen wird die vorstehende Aufgabe durch ein stereoskopisches optisches System mit den Merkmalen eines der unabhängigen Ansprüche 1 oder 6 gelöst. Weiter wird die vorstehende Aufgabe gemäß zweier alternativer Ausführungsformen durch ein Verfahren mit der Kombination der Merkmale eines der unabhängigen Ansprüche 15 und 25 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen finden sich in den jeweiligen Unteransprüchen.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst ein stereoskopisches optisches System ein erstes optisches Teilsystem mit einer Mehrzahl von optischen Elementen zur Bereitstellung eines linken Strahlengangs des stereoskopischen optischen Systems und ein zweites optisches Teilsystem mit einer Mehrzahl von optischen Elementen zur Bereitstellung eines rechten Strahlengangs des stereoskopischen optischen Systems. Dabei weist wenigstens ein erstes optisches Teilelement des ersten optischen Teilsystems eine erste optische Oberfläche auf und wenigstens ein zweites optisches Teilelement des zweiten optischen Teilsystems eine zweite optische Oberfläche auf. Weiter sind die erste und die zweite optische Oberfläche Teilflächen einer gemeinsamen mathematischen Fläche, welche rotationssymmetrisch zu einer gemeinsamen Hauptachse des stereoskopischen optischen Systems ist.
Da die beiden optischen Oberflächen der beiden optischen Teilelemente Teilflächen einer zu einer gemeinsamen Hauptachse des stereoskopischen optischen Systems rotationssymmetrischen mathematischen Fläche sind, wirken die beiden optischen Teilelemente wie ein für den linken und rechten Strahlengang gemeinsames optisches Element des stereoskopischen optischen Systems. Gleichwohl ist es bei dieser Ausführungsform nicht erforderlich, für den linken und rechten Strahlengang gemeinsame optische Elemente zu verwenden. Dies erhöht die Flexibilität der Anordnung und ermöglicht beispielsweise eine bauliche Trennung der beiden Strahlengänge. Für eine bauliche Trennung der beiden Strahlengänge ist jedoch erforderlich, daß sich die beiden Strahlengänge im Bereich der optischen Teilelemente nicht überlappen.
Die vorstehende Wahl der ersten bzw. zweiten optischen Oberflächen des ersten bzw. zweiten optischen Teilelements des linken bzw. rechten Strahlengangs des stereoskopischen optischen Systems ermöglicht es zudem, die beiden optischen Teilelemente durch Abtrennen aus einem einzigen optischen Element, welches vor dem Abtrennen die gemeinsame mathematische Fläche festlegt, zu bilden. Es ist somit lediglich erforderlich, ein rotationssymmetrisches optisches Element mit einer die gemeinsame mathematische Fläche festlegenden optischen Oberfläche mit hoher Genauigkeit herzustellen. Anschließend können die beiden optischen Teilelemente beispielsweise durch Absägen oder Abschneiden von einem derartigen optischen Element gebildet werden. Dadurch ist sichergestellt, daß die beiden optischen Oberflächen der beiden optischen Teilelemente die selbe Genauigkeit aufweisen. Folglich läßt sich das Objektivsystem des vorstehenden stereoskopischen Systems auf besonders einfache und damit kostengünstige Weise herstellen.
Weiter weisen die erste und zweite optische Oberfläche der beiden optischen Teilelemente gemäß einer Ausführungsform in der Summe eine Fläche auf, die kleiner als die gemeinsame mathematische Fläche ist. Dies hat aufgrund der Materialeinsparung des ersten und zweiten optischen Teilelements gegenüber der Verwendung eines gemeinsamen optischen Elements für den linken und den rechten Strahlengang eine Verkleinerung der Bauform des stereoskopischen optischen Systems und eine Verringerung des Gewichtes des stereoskopischen optischen Systems zur Folge.
Gemäß einer Ausführungsform weist ein drittes optisches Teilelement des ersten optischen Teilsystems eine dritte optische Oberfläche und ein viertes optisches Teilelement des zweiten optischen Teilsystems eine vierte optische Oberfläche auf. Dabei sind die dritte und die vierte optische Oberfläche Teilflächen einer gemeinsamen mathematischen Fläche, welche rotationssymmetrisch zu der Hauptachse des stereoskopischen optischen Systems ist. Weiter sind das erste optische Teilelement und das dritte optische Teilelement voneinander entlang der Hauptachse des stereoskopischen optischen Systems um einen Abstand beabstandet.
In diesem Fall kann es gemäß einer Ausführungsform vorteilhaft sein, wenn das stereoskopische optische System weiter einen Aktuator umfaßt, um den Abstand des ersten optischen Teilelements von dem dritten optischen Teilelement entlang der Hauptachse des stereoskopischen optischen Systems zu ändern.
Wie bereits ausgeführt sind die erste und zweite optische Oberfläche des ersten und zweiten optischen Teilelements und die dritte und vierte optische Oberfläche des dritten und vierten optischen Teilelements jeweils paarweise Teilflächen einer gemeinsamen, zur gemeinsamen Hauptachse des stereoskopischen optischen Systems rotationssymmetrischen mathematischen Fläche. Daher hat eine Veränderung des Abstandes des ersten optischen Teilelements von dem dritten optischen Teilelement entlang der Hauptachse des stereoskopischen optischen Systems automatisch auch eine Veränderung des Abstandes des zweiten optischen Teilelements von dem vierten optischen Teilelement entlang der Hauptachse des stereoskopischen optischen Systems zur Folge.
Gemäß einer Ausführungsform sind das erste optische Teilelement und das dritte optische Teilelement des stereoskopischen optischen Systems in einem gemeinsamen Strahlengang des stereoskopischen optischen Systems angeordnet.
Ein derartiger Aufbau ermöglicht eine Änderung des Arbeitsabstandes (Fokussierung) zur Anpassung an ein betrachtetes Objekt, ohne daß für den linken und rechten Strahlengang gemeinsame optische Elemente verwendet werden müssen. Die Änderung des Arbeitsabstandes erfolgt durch eine Veränderung des Abstandes des ersten und zweiten optischen Teilelements von dem dritten und vierten optischen Teilelement entlang der Hauptachse des stereoskopischen optischen Systems. Dabei stellt der vorstehende Aufbau bei geeigneter Wahl der für das erste und zweite optische Teilelement bzw. für das dritte und vierte optische Teilelement jeweils gemeinsamen mathematischen Fläche sicher, daß Zentralstrahlen des linken und rechten Strahlengangs in einer Objektebene des stereoskopischen optischen Systems auch nach der Änderung des Arbeitsabstandes und damit nach einer Änderung des vorstehenden Abstandes automatisch immer einen Stereowinkel α einschließen.
Im einfachsten Fall sind das erste und zweite optische Teilelement und ggf . auch das dritte und vierte optische Teilelement jeweils eine optische Linse. Alternativ kann es sich bei dem ersten und zweiten und/oder dritten und vierten optischen Teilelement jedoch beispielsweise auch um einen optischen Spiegel handeln.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird ein stereoskopisches optisches System zur Darstellung eines stereoskopischen Abbildes eines Objekts über einen linken Strahlengang und einen rechten Strahlengang bereitgestellt.
Dabei umfaßt das stereoskopische optische System gemäß dieser weiteren Ausführungsform eine von dem linken Strahlengang und dem rechten Strahlengang gemeinsam durchsetzte Hauptoptik mit (wenigstens) einem ersten optischen Element, welches eine optische Hauptachse aufweist, ein lediglich von dem linken Strahlengang durchsetztes linkes optisches Teilsystem mit einer Mehrzahl von optischen Elementen und ein lediglich von dem rechten Strahlengang durchsetztes rechtes optisches Teilsystem mit einer Mehrzahl von optischen Elementen. Dabei ist eine Brechkraft wenigstens eines optischen Elements und/oder eine Brechkraft einer von mehreren optischen Elementen gebildeten optischen Gruppe veränderbar, so daß sich Querschnitte eines AbbildungsStrahlenbündeIs des linken Strahlenganges und eines AbbildungsStrahlenbündeIs des rechten Strahlenganges in Abhängigkeit von der Veränderung der Brechkraft ändern.
Weiter weist dabei eine Gesamtfläche einer optischen Oberfläche des ersten optischen Elements der Hauptoptik einen Wert auf, welcher kleiner als ein 1,8-faches eines Maximalwerts der von den Querschnitten der Abbildungsstrahlenbündel auf der optischen Oberfläche des ersten optischen Elements der Hauptoptik eingenommenen Fläche ist.
Folglich ist bei dem vorstehenden stereoskopischen optischen System sichergestellt, daß das wenigstens eine erste optische Element der Hauptoptik eine hinsichtlich der maximalen Querschnitte der AbbildungsStrahlenbündel auf der optischen Oberfläche des jeweiligen ersten optischen Elements angepasste Bauform aufweist. Hierdurch ist die Bereitstellung eines ersten optischen Elements mit minimaler Bauform und damit auch minimalem Gewicht möglich.
Gleichzeitig ist bei dem vorstehenden stereoskopischen optischen System sichergestellt, daß die Gesamtfläche der optischen Oberfläche des ersten optischen Elements ausreichend ist. wesentliche Teile der Abbildungsstrahlenbündel aufzunehmen und eine Fassung des ersten optischen Elements zu erlauben.
Gemäß einer Ausführungsform ist das wenigstens eine optische Element ein optisches Element variabler Brechkraft und ist die Brechkraft des wenigstens einen optischen Elements durch Ansteuern des optischen Elements veränderbar.
Linsen mit variabler und damit einstellbarer und änderbarer Brechkraft sind aus dem Stand der Technik, beispielsweise aus US 4,795,248 oder US 5,815,233, bekannt. Solche Linsen mit einstellbarer Brechkraft umfassen eine Flüssigkristallschicht, welche über eine Elektrodenstruktur ansteuerbar ist, um eine durch die Flüssigkristallschicht bereitgestellte optische Weglänge für einen die Schicht durchsetzenden Strahl ortsabhängig, das heißt über den Querschnitt der Linse, auf gewünschte Werte einzustellen, wodurch eine flexible Linsenwirkung erreichbar ist.
Alternativ kann es sich bei einem derartigen optischen Element variabler Brechkraft beispielsweise auch um eine Flüssigkeitslinse handeln. Eine Flüssigkeitslinse umfaßt typischerweise ein Gehäuse mit zwei Eintritts- bzw. Austrittsfenstern, zwischen welchen zwei vorzugsweise nicht wesentlich miteinander mischbare Flüssigkeiten mit unterschiedlichem Brechungsindex eingeschlossen sind. Das Gehäuse stellt für die beiden Flüssigkeiten eine bezüglich einer optischen Achse der Flüssigkeitslinse symmetrische konische Wand bereit, an der eine Grenzfläche zwischen den beiden Flüssigkeiten unter einem Kontaktwinkel anliegt. Eine Flüssigkeit ist elektrisch leitend, während die andere Flüssigkeit elektrisch im wesentlichen nichtleitend ist. Durch Anlegen einer Spannung kann der Winkel, den die Grenzfläche zwischen den beiden Flüssigkeiten mit der Wand einschließt, geändert werden. Aufgrund der unterschiedlichen Brechungsindizes der beiden Flüssigkeiten ist damit eine Linsenwirkung der Linse für einen diese entlang der optischen Achse durchsetzenden Lichtstrahl änderbar. Eine Flüssigkeitslinse kann beispielsweise von der Firma Varioptic, 69007 Lyon, Frankreich, bezogen werden.
Weitere Flüssigkeitslinsen, welche zur Änderung ihrer Brechkraft eine Änderung einer Form einer Grenzfläche ausnutzen, sind aus US 6,369,954 Bl, CA 2,368,553 und US 4,783,155 bekannt, deren Offenbarung in die vorliegende Anmeldung durch Inbezugnahme vollumfänglich aufgenommen wird.
Gemäß einer Ausführungsform wird die optische Gruppe durch wenigstens ein optisches Element der Hauptoptik und wenigstens ein optisches Element des linken und des rechten optischen Teilsystems gebildet und sind das wenigstens eine optische Element der Hauptoptik und/oder das wenigstens eine optische Element des linken und des rechten optischen Teilsystems zur Änderung der Brechkraft der Gruppe relativ zueinander verlagerbar .
Eine derartige Verlagerbarkeit wird üblicherweise zur Realisierung einer Zoomfunktion und/oder einer Fokussierfunktion bereitgestellt. Dabei kann die Zoomfunktion und/oder die
Fokussierfunktion wahlweise durch die Hauptoptik und/oder das linke bzw. rechte optische Teilsystem realisiert sein. Auch eine kombinierte Realisierung durch das Hauptsystem und das linke bzw. rechte optische Teilsystem ist möglich.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Gesamtfläche einer optischen Oberfläche des ersten optischen Elements der Hauptoptik einen Wert auf, welcher kleiner als ein 1,5-faches, vorzugsweise kleiner als ein 1,3-faches eines Maximalwerts der von den Querschnitten der Abbildungsstrahlenbündel auf der optischen Oberfläche des ersten optischen Elements der Hauptoptik eingenommenen Fläche ist. Gemäß einer Ausführungsform weist die Gesamtfläche einer optischen Oberfläche des ersten optischen Elements der Hauptoptik einen Wert auf, welcher kleiner als ein 1, 2-faches und insbesondere kleiner als ein 1,1- faches eines Maximalwerts der von den Querschnitten der Abbildungsstrahlenbündel auf der optischen Oberfläche des ersten optischen Elements der Hauptoptik eingenommenen Fläche ist. Gemäß einer Ausführungsform weist die Hauptoptik wenigstens ein zweites optisches Element auf, welches so angeordnet ist, daß das erste und zweite optische Element eine gemeinsame optische Hauptachse aufweisen. Dabei sind das erste optische Element und das zweite optische Element voneinander entlang der gemeinsamen optischen Hauptachse um einen Abstand beabstandet.
Um eine Änderung eines Arbeitsabstandes (Fokussierung) zur Anpassung des stereoskopischen optischen Systems an ein betrachtetes Objekt zu ermöglichen, kann das stereoskopische optische System gemäß einer Ausführungsform weiter einen
Aktuator umfaßt, um den relativen Abstand des ersten optischen
Elements von dem zweiten optischen Element entlang der optischen Hauptachse zu ändern. Dabei stellt der vorstehend beschriebene
Aufbau bei geeigneter Wahl von optischen Oberflächen des ersten und zweiten optischen Elements sicher, daß der linke und rechte
Strahlengang in einer Objektebene des stereoskopischen optischen
Systems auch nach der Änderung des Arbeitsabstandes und damit nach einer Änderung des relativen Abstandes des ersten optischen
Elements von dem zweiten optischen Element automatisch immer einen Stereowinkel α einschließen.
Gemäß einer Ausführungsform ist das erste und zweite optische Element jeweils eine optische Linse. Alternativ kann es sich bei dem ersten und/oder zweiten optischen Element jedoch beispielsweise um einen optischen Spiegel handeln.
Das stereoskopische optische System ist gemäß einer Aus- führungsform eine an einem Kopf eines Benutzers befestigbare Kopflupe, da hier die mit dem vorstehenden Aufbau verbundene Gewichtsersparnis besonders nutzbringend ist.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform kann das stereoskopische optische System beispielsweise ein Stereomikroskop, insbesondere ein Operationsmikroskop, sein.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst ein Verfahren zur Herstellung eines stereoskopischen optischen Systems die folgenden Schritte: Herstellen wenigstens eines ersten optischen Elements, welches wenigstens eine zu einer Achse rotationssym- metrische optische Oberfläche aufweist. Trennen des ersten optischen Elements in wenigstens ein erstes optisches Teilelement und ein zweites optisches Teilelement derart, daß das erste und das zweite optische Teilelement Teile der wenigstens einen optischen Oberfläche des ersten optischen Elements aufweisen. Und Montieren des ersten optischen Teilelements und des zweiten optischen Teilelements an einem Fassungssystem derart, daß die optische Oberfläche des ersten optischen Teilelements und die optische Oberfläche des zweiten optischen Teilelements rotationssymmetrisch zu einer gemeinsamen optischen Achse angeordnet sind.
Die vorstehende Herstellung der ersten und zweiten optischen Teilelemente durch Abtrennen von einem einzigen ersten optischen Element stellt sicher, daß die beiden optischen Oberflächen der beiden optischen Teilelemente die selbe Genauigkeit und Eigenschaft wie die optische Oberfläche des ersten optischen Elements aufweisen. Es ist somit lediglich erforderlich, die zu einer Achse rotationssymmetrische optische Oberfläche des ersten optischen Elements mit der gewünschten Genauigkeit herzustellen.
Die vorstehende Anordnung des ersten und zweiten optischen Teil- elements an dem Fassungssystem stellt dabei sicher, daß die optischen Oberflächen des ersten und zweiten optischen Teilelements wie die optische Oberfläche eines bezüglich der gemeinsamen optischen Achse gemeinsamen optischen Elements wirken.
In der Folge ermöglicht das vorstehende Verfahren eine Herstellung des stereoskopischen optischen Systems mit einfachen Mitteln, auf kostengünstige Weise und mit der erforderlichen Genauigkeit .
Gemäß einer Ausführungsform ist eine Summe der Flächen der optischen Oberfläche des ersten optischen Teilelements und der optischen Oberfläche des zweiten optischen Teilelements kleiner als die optische Oberfläche des ersten optischen Elements vor dem Trennen.
Dies hat eine Verkleinerung der Bauform des stereoskopischen optischen Systems und eine Verringerung des Gewichtes des stereoskopischen optischen Systems zur Folge. Weiter können so aus dem ersten optischen Element gegebenenfalls mehrere Paare von ersten und zweiten optischen Teilelementen gebildet werden.
Gemäß einer Ausführungsform weist das Fassungssystem eine erste Fassungskomponente und eine zweite Fassungskomponente auf und umfaßt das Verfahren ferner ein Befestigen des ersten optischen Elements an der ersten Fassungskomponente vor dem Trennen. Dann umfaßt das Montieren des ersten optischen Teilelements und des zweiten optischen Teilelements an dem Fassungssystem nach dem Trennen gemäß einer Ausführungsform ein Anbringen der ersten Fassungskomponente an der zweiten Fassungskomponente, wobei das erste und das zweite optische Teilelement an der ersten Fassungskomponente befestigt bleiben.
Da das erste und das zweite optische Teilelement auch nach dem Trennen des ersten optischen Elements an der ersten Fassungskomponente befestigt bleiben, ist bei geeigneter Wahl der wenigstens einen Trennlinie sichergestellt, daß die optische Oberfläche des ersten optischen Teilelements und die optische Oberfläche des zweiten optischen Teilelements nach dem Trennen automatisch rotationssymmetrisch zu einer gemeinsamen optischen Achse angeordnet sind. Die Montage der ersten Fassungskomponente über die zweite Fassungskomponente in dem stereoskopischen optischen System vereinfacht das Montieren des ersten optischen Teilelements und des zweiten optischen Teilelements an dem Fassungssystem erheblich. Gleichzeitig wird hierdurch die Genauigkeit der relativen Anordnung des ersten und zweiten optischen Teilelements zueinander auf besonders einfache Weise erhöht .
Gemäß einer abgewandelten Ausführungsform weist das Fassungssystem ebenfalls eine erste Fassungskomponente und eine zweite Fassungskomponente auf . Dabei umfaßt das Verfahren vor dem Trennen ein Befestigen des ersten optischen Elements an einer Hilfsfassung. Weiter umfaßt das Verfahren nach dem Trennen ein Befestigen des ersten optischen Teilelements und des zweiten optischen Teilelements an der ersten Fassungskomponente, wobei das erste optische Teilelement und das zweite optische Teilelement an der Hilfsfassung befestigt bleiben. Nach dem Befestigen des ersten optischen Teilelements und des zweiten optischen Teilelements an der ersten Fassungskomponente erfolgt ein Lösen des ersten optischen Teilelements und des zweiten optischen Teilelements von der Hilfsfassung. Der Schritt des Montierens des ersten optischen Teilelements und des zweiten optischen Teilelements an dem Fassungssystem nach dem Trennen umfaßt ein Anbringen der ersten Fassungskomponente an der zweiten Fassungskomponente, wobei das erste und das zweite optische Teilelement an der ersten Fassungskomponente befestigt bleiben.
Die Verwendung einer Hilfsfassung, an der das erste optische Element vor dem Zertrennen befestigt wird, stellt sicher, daß die relative Position und Lage der durch das Trennen gebildeten optischen Teilelemente zueinander auch nach dem Trennen beibehalten wird. Gleichzeitig kann die Hilfsfassung so gewählt werden, daß ein Zerteilen des ersten optischen Elements in eine Mehrzahl von Paaren von optischen Teilelementen beispielsweise durch eine Säge leicht möglich ist. Da die optischen Teilelemente erst nach dem Befestigen an der ersten Fassungskomponente von der Hilfsfassung gelöst werden, ist zudem sichergestellt, daß die relative Position und Lage der optischen Teilelemente zueinander auch nach dem Umsetzen beibehalten wird. Die Montage der ersten Fassungskomponente über die zweite Fassungskomponente in dem stereoskopischen optischen System vereinfacht zudem das Montieren des ersten optischen Teilelements und des zweiten optischen Teilelements an dem FassungsSystem unter Sicherstellung einer hohen Genauigkeit erheblich.
Da die erste Fassungskomponente aufgrund der Verwendung einer Hilfsfassung nicht das ganze erste optische Element fassen und auch kein Zertrennen des ersten optischen Elements ermöglichen muß, kann die erste Fassungskomponente weiter eine besonders kompakte Bauform aufweisen.
Um eine Mehrzahl von stereoskopischen optischen Systemen herzustellen kann es gemäß einer Ausführungsform vorgesehen sein, dass das Trennen des ersten optischen Elements ein Trennen in eine Mehrzahl von Paaren optischer Teilelemente umfaßt und das Montieren ein Montieren eines jeden Paars optischer Teilelemente an jeweils einem separaten Fassungssystem umfaßt.
Somit können aus einem einzigen ersten optischen Element eine Vielzahl von Paaren optischer Teilelemente für eine Vielzahl von stereoskopischen optischen Systemen gebildet werden. Hierdurch können die Herstellungskosten für die stereoskopischen optischen Systeme erheblich reduziert werden.
In diesem Fall kann es gemäß einer Ausführungsform vorgesehen sein, wenn ein jedes der Mehrzahl von Fassungssystemen eine erste Fassungskomponente aufweist. Weiter umfaßt das Verfahren gemäß einer Ausführungsform ferner ein Befestigen der ersten Fassungskomponente eines jeden der Mehrzahl von Fassungssystemen an dem ersten optischen Element vor dem Trennen. Das Verfahren umfaßt dann anschließend ein Separieren der ersten Fassungskomponenten der Mehrzahl von Fassungssystemen voneinander, wobei an einer jeden der ersten Fassungskomponenten jeweils ein Paar der optischen Teilelemente befestigt bleibt.
Da an einer jeden der ersten Fassungskomponenten nach dem Trennen jeweils ein Paar der optischen Teilelemente befestigt bleibt, ist bei geeigneter Wahl der Trennlinien mit hoher Genauigkeit sichergestellt, daß die optischen Oberflächen der Paare der optischen Teilelemente nach dem Trennen automatisch rotationssymmetrisch zu einer gemeinsamen optischen Achse angeordnet sind.
Gemäß einer Ausführungsform umfaßt das Verfahren ferner ein Herstellen eines zweiten optischen Elements, welches wenigstens eine zu einer Achse rotationssymmetrische optische Oberfläche aufweist. Weiter umfaßt das Verfahren ein Trennen des zweiten optischen Elements in wenigstens ein drittes optisches Teilelement und ein viertes optisches Teilelement derart, daß das dritte und das vierte optische Teilelement Teile der wenigstens einen optischen Oberfläche des zweiten optischen Elements aufweisen. Zudem umfaßt das Verfahren ein Montieren des dritten optischen Teilelements und des vierten optischen Teilelements an dem Fassungssystem derart, daß die optische Oberfläche des dritten optischen Teilelements und die optische Oberfläche des vierten optischen Teilelements rotationssymmetrisch zu der gemeinsamen optischen Achse angeordnet sind.
Dabei kann es gemäß einer Ausführungsform vorgesehen sein, dass das erste optische Teilelement und das dritte optische Teilelement mit Abstand voneinander entlang der gemeinsamen optischen Achse angeordnet sind.
Gemäß einer Ausführungsform umfaßt das Fassungssystem dann einen Aktuator, um den Abstand des ersten optischen Teilelements von dem dritten optischen Teilelement entlang der gemeinsamen optischen Achse zu ändern.
In einer weiteren Ausführungsform sind das erste optische Teilelement und das dritte optische Teilelement in einem gemeinsamen Strahlengang des stereoskopischen optischen Systems angeordnet .
Damit ermöglicht das vorstehende Verfahren die Herstellung eines stereoskopischen optischen Systems, das eine Änderung des Arbeitsabstandes (Fokussierung) zur Anpassung an ein betrachtetes Objekt ermöglicht. Die Änderung des Arbeitsabstandes erfolgt durch eine Veränderung des Abstandes des ersten und zweiten optischen Teilelements von dem dritten und vierten optischen Teilelement entlang der gemeinsamen optischen Achse. Dabei stellt der durch das vorstehende Verfahren erzielte Aufbau bei geeigneter Wahl der jeweiligen optischen Oberflächen des ersten und zweiten optischen Elements sicher, daß von die optischen Elemente durchlaufenden Zentralstrahlen in einer Objektebene des stereoskopischen optischen Systems auch nach der Änderung des Arbeitsabstandes und damit nach einer Änderung des Abstandes des ersten und zweiten optischen Teilelements von dem dritten und vierten optischen Teilelement automatisch immer ein Stereowinkel α eingeschlossen wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst ein Verfahren zur Herstellung eines stereoskopischen optischen Systems die folgenden Schritte: Herstellen eines ersten optischen Elements, welches wenigstens eine zu einer Achse rotationssymmetrische optische Oberfläche aufweist. Herstellen eines zweiten optischen Elements, welches wenigstens eine zu einer Achse rotationssymmetrische optische Oberfläche aufweist. Trennen des ersten optischen Elements in ein erstes zentrales optisches Teilelement und zwei äußere optische Teilelemente durch zwei geradlinige Schnitte. Trennen des zweiten optischen Elements in ein zweites zentrales optisches Teilelement und zwei äußere optische Teilelemente durch zwei geradlinige Schnitte. Und Montieren des ersten zentralen optischen Teilelements und des zweiten zentralen optischen Teilelements an einem Fassungssystem derart, daß eine optische Oberfläche des ersten zentralen optischen Teilelements und eine optische Oberfläche des zweiten zentralen optischen Teilelements jeweils rotationssymmetrisch zu einer gemeinsamen optischen Achse angeordnet ist.
Durch das Trennen des ersten und zweiten optischen Elements in ein erstes bzw. zweites zentrales optisches Teilelement und jeweils zwei äußere optische Teilelemente, wobei lediglich das erste und zweite zentrale optische Teilelement in einem Fassungssystem des stereoskopischen optischen Systems montiert werden, wird auf besonders einfache Weise eine Reduzierung des Gewichts des stereoskopischen optischen Systems bewirkt.
In diesem Fall kann es gemäß einer Ausführungsform vorgesehen sein, dass das erste zentrale optische Teilelement und das zweite zentrale optische Teilelement mit Abstand voneinander entlang der gemeinsamen optischen Achse angeordnet sind. Gemäß einer Ausführungsform umfaßt das Fassungssystem einen Aktuator, um den Abstand des ersten zentralen optischen Teilelements von dem zweiten zentralen optischen Teilelement entlang der gemeinsamen optischen Achse zu ändern.
Damit ermöglicht das vorstehende Verfahren die Herstellung eines stereoskopischen optischen Systems, das eine Änderung des Arbeitsabstandes (Fokussierung) zur Anpassung an ein betrachtetes Objekt ermöglicht. Die Änderung des Arbeitsabstandes erfolgt durch eine Veränderung des relativen Abstandes des ersten und zweiten zentralen optischen Teilelements voneinander entlang der gemeinsamen optischen Achse. Dabei stellt der durch das vorstehende Verfahren erzielte Aufbau bei geeigneter Wahl der jeweiligen optischen Oberflächen des ersten und zweiten optischen Elements und damit des ersten und zweiten zentralen optischen Teilelements sicher, daß die optischen Teilelemente durchlaufende Zentralstrahlen eines linken und rechten Strahlenganges des stereoskopischen optischen Systems sich auch nach der Änderung des Arbeitsabstandes und damit nach einer Änderung des vorstehenden relativen Abstandes zwischen dem ersten und dem zweiten zentralen optischen Teilelement automatisch immer (d.h. innerhalb eines Verwendungsbereiches des stereoskopischen optischen Systems) unter Einschluss eines Stereowinkels α in einer Objektebene des stereoskopischen optischen Systems schneiden.
Gemäß einer Ausführungsform kann das erste und/oder zweite optische Element eine optische Linse sein. Gemäß einer alternativen Ausführungsform kann es sich bei dem ersten und/oder zweiten optischen Element beispielsweise jedoch auch um einen optischen Spiegel handeln.
Gemäß einer Ausführungsform ist das stereoskopische optische System eine an einem Kopf eines Benutzers befestigbare Kopflupe.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform kann das stereoskopische optische System ein Stereomikroskop, insbesondere ein Operationsmikroskop, sein. Im folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen sind gleiche oder ähnliche Elemente mit gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen versehen. Dabei zeigt
Figur IA in schematischer Darstellung einen Strahlengang durch ein stereoskopisches System am Beispiel einer Kopflupe gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
Figur IB in schematischer Darstellung einen Strahlengang durch ein stereoskopisches System am Beispiel eines Operationsmikroskops gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
Figur 2A schematisch eine räumliche Darstellung von optischen Komponenten der in Figur IA gezeigten Kopflupe, sowie ein hindurchlaufendes Strahlenbündel,
Figur 2B schematisch eine räumliche Darstellung von optischen
Komponenten und ein hindurchlaufendes Strahlenbündel eines Teilsystems eines stereoskopischen optischen Systems gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
Figur 2C schematisch eine räumliche Darstellung von optischen Komponenten des in Figur IB gezeigten Operationsmikroskops, sowie ein hindurchlaufendes Strahlenbündel ,
Figur 3A schematisch eine Frontansicht eines ersten (bzw. zweiten) optischen Elements,
Figur 3B schematisch eine Seitenansicht des ersten (bzw. zweiten) optischen Elements aus Figur 3A,
Figur 3C schematisch eine Frontansicht eines optischen Elements gemäß der alternativen Ausführungs form, Figur 3D schematisch eine Frontansicht eines ersten (bzw. zweiten) optischen Elements gemäß der zweiten Ausführungsform,
Figuren jeweils schematisch eine Frontansicht eines ersten
3E, 3F (bzw. zweiten) optischen Elements gemäß alternativer Ausführungsformen,
Figur 4A schematisch eine Frontansicht eines ersten (bzw. zweiten) optischen Elements, das an zwei ersten
Fassungskomponenten zweier Fassungssysteme befestigt ist,
Figur 4B schematisch eine Rückansicht von Figur 4A,
Figur 4C schematisch eine Seitenansicht von Figur 4A,
Figur 5 schematisch eine Frontansicht einer ersten Fassungskomponente, welche in Figur 4A Verwendung findet,
Figur 6 schematisch eine Frontansicht eines ersten (bzw. zweiten) optischen Elements, das an einer Hilfs- fassung befestigt ist,
Figur 7 schematisch eine Frontansicht einer ersten
Fassungskomponente, welche in Verbindung mit der in
Figur 6 gezeigten Hilfsfassung Verwendung findet,
Figur 8A ein Flußdiagram einer ersten Ausführungsform eines
Verfahrens zur Herstellung eines stereoskopischen optischen Systems,
Figur 8B ein Flußdiagram einer alternativen Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung eines stereoskopischen optischen Systems, und Figur 9 in schematischer Darstellung einen Strahlengang durch ein stereoskopisches System nach dem Stand der Technik.
In Figur IA ist schematisch ein Strahlengang durch ein stereoskopisches optisches System gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung am Beispiel einer Kopflupe 1 dargestellt.
Das optische System der Kopflupe 1 ist für linke (erste) und rechte (zweite) Strahlengänge 4L und 4R bezüglich einer gemeinsamen Mittelachse 7 des optischen Systems symmetrisch aus einem linken (ersten) optischen Teilsystem 2L und einem rechten (zweiten) optischen Teilsystem 2R aufgebaut. In Figur IA werden der linke und rechte Strahlengang 4L und 4R durch die jeweiligen Zentralstrahlen der sie durchlaufenden Strahlenbündel repräsentiert .
Die Kopflupe 1 ist mittels Riemen am Kopf eines Betrachters derart befestigbar, daß ein linkes bzw. rechtes Auge 5L und 5R des Betrachters in jeweils ein linkes bzw. rechtes Aus- trittsokular 31L, 31R der Kopflupe 1 blickt. In Figur IA sind linke und rechte Zentralstrahlen von den linken bzw. rechten Strahlengang 4L und 4R durchlaufenden Teilstrahlenbündeln dargestellt, welche den Augen 5L, 5R des Betrachters von den Austrittsokularen 31L, 31R zugeführt werden. Die Zentralstrahlen werden durch Spiegel 32L, 33L, 37L bzw. 32R, 33R, 37R der Kopflupe 1 mehrfach gefaltet und durch das Objektivsystem 10 derart abgebildet, daß sie sich an einem zu betrachtenden Objekt 6 treffen und dabei miteinander einen Stereowinkel α einschließen. Die Kopflupe 1 bildet somit auf jedes Auge 5L, 5R des Betrachters ein Bild des Objekts 6 ab, wobei sich die Betrachtungswinkel der beiden Bilder um den Stereowinkel α unterscheiden, so daß beim Betrachter ein stereoskopischer Raumeindruck für das betrachtete Objekt 6 entsteht. Die Größe des Stereowinkel α hängt von dem jeweiligen Arbeitsabstand a des betrachteten Objekts 6 von dem Objektivsystem 10 der Kopflupe 1 ab. Gemäß einer Ausführungsform beträgt der Stereowinkel α zwischen 2° und 10°. Gemäß einer weiteren Ausführungsform beträgt der Stereowinkel α zwischen 4° und 6°.
Vom Objekt 6 kommend treten die Zentralstrahlen der beiden Strahlengänge 4L, 4R durch ein von zwei Paaren von optischen Teillinsen 38L, 38R und 39L, 39R gebildetes Objektivsystem 10 der Kopflupe 1 ein.
Dabei weist die erste optische Teillinse 38L eine erste optische Oberfläche Ol, die zweite optische Teillinse 38R eine zweite optische Oberfläche 02, die dritte optische Teillinse 39L eine dritte optische Oberfläche 03 und die vierte optische Teillinse
39R eine vierte optische Oberfläche 04 auf. Hierbei sind sowohl die erste und zweite optische Oberfläche Ol und 02 als auch die dritte und die vierte optische Oberfläche 03 und 04 jeweils paarweise Teilflächen einer gemeinsamen mathematischen Fläche, welche rotationssymmetrisch zu der gemeinsamen Hauptachse 7 der
Kopflupe 1 ist. In der Folge wirken diese Paare von optischen
Teillinsen 38L, 38R und 39L, 39R jeweils wie eine für die linken und rechten Zentralstrahlen des linken und rechten
Strahlenganges 4L und 4R gemeinsame optische Linse.
Gemäß einer Ausführungsform ist die gemeinsame mathematische Fläche stetig. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die gemeinsame mathematische Fläche durchgehend konvex oder konkav und weist somit eine Krümmung mit gleichbleibendem Vorzeichen auf. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die gemeinsame mathematische Fläche eine Sphäre.
Wie aus Figur IA ersichtlich weisen die erste und zweite optische Oberfläche Ol, 02 sowie die dritte und vierte optische Oberfläche 03, 04 der beiden Paare von optischen Teillinsen 38L, 38R und 39L, 39R in der Summe jeweils eine Fläche auf, die kleiner als eine Fläche 0 ist, die sich ergäbe, wenn die beiden Paare von optischen Teillinsen 38L, 38R und 39L, 39R jeweils durch eine gemeinsame optische Linse gebildet wären. Somit ergibt sich aufgrund des vorstehenden Aufbaus eine Ersparnis an Linsenmaterial und damit eine Gewichtsersparnis für die Kopflupe 1. Die erste und die dritte optische Teillinse 38L, 39L und die zweite und vierte optische Teillinse 38R, 39L sind jeweils voneinander entlang der Mittelachse 7 der Kopflupe 1 um einen Abstand d beabstandet. Dabei sind das erste und das dritte optische Teilelement 38L, 39L sowie das zweite und das vierte optische Teilelement 38R, 39R in jeweils einem gemeinsamen Strahlengang 4L bzw. 4R der Kopflupe 1 angeordnet.
Mittels eines in den Figuren 2A und 2B dargestellten Motors (Aktuator) 11 kann dieser Abstand d in Abhängigkeit von einer Steuereinrichtung 12 der Kopflupe 1 eingestellt werden.
Durch Veränderung des Abstandes d entlang der Mittelachse mittels des Motors 11 wird eine Anpassung der Kopflupe 1 an den jeweiligen Arbeitsabstand a des betrachteten Objekts 6 und damit eine Fokussierung ermöglicht. Dabei stellt der vorstehende
Aufbau bei geeigneter Wahl der für die erste und zweite optische
Teillinse 38L, 38R bzw. für die dritte und vierte optische Teillinse 39L, 39R jeweils gemeinsamen mathematischen Fläche sicher, daß von Zentralstrahlen des linken und rechten
Strahlenganges in der Objektebene 6 der Kopflupe 1 auch nach der
Änderung des Arbeitsabstandes a und damit nach einer Änderung des Abstandes d automatisch immer ein Stereowinkel α eingeschlossen wird.
Durch Änderung von Linsenabständen e und f in der Kopflupe 1 ist weiter eine einstellbare Vergrößerung (Zoomfunktion) des betrachteten Objekts 6 möglich.
Wie aus Figur IA gut ersichtlich werden die linken und rechten Zentralstrahlen 4L, 4R gemäß dieser Ausführungsform ausschließlich von getrennten linken optischen Elementen 31L, 32L, 33L, 34L, 35L, 36L, 37L, 38L, 39L bzw. rechten optischen Elementen 31R, 32R, 33R, 34R, 35R, 36R, 37R, 38R, 39R geführt. Alternativ kann im Bereich eines von den optischen Linsen 38L, 38R, 39L, 39R gebildeten Objektivsystems 10 jedoch zusätzlich auch wenigstens ein den linken und rechten Zentralstrahlen 4L, 4R gemeinsames optisches Element (nicht gezeigt) vorgesehen sein.
Nach ihrem Austritt aus dem Objektivsystem 10 treten die Zentralstrahlen 4L und 4R jeweils in ein Okularsystem 8 ein, wobei jedem der beiden Zentralstrahlen 4L, 4R separat ein eigenes Okularsystem 8 zugeordnet ist. Hierbei bildet das Objektivsystem 10 die von dem Objekt 6 ausgehenden Strahlenbündel nach Unendlich ab.
Zur Verdeutlichung des Aufbaus der Kopflupe 1 zeigt die Figur 2A in räumlicher Darstellung ein in das linke Auge 5L des Betrachters 3 eintretendes Teilstrahlenbündel 4L', dessen Zentralstrahl in Figur IA dargestellt ist.
Dabei zeigt Figur 2A zusätzlich zwei erste Fassungskomponenten Fl, F2, an denen die optischen Teillinsen 38L, 38R bzw. 39L, 39R befestigt sind. Die beiden die optischen Teillinsen 38L, 38R bzw. 39L, 39R tragenden ersten Fassungskomponenten Fl, F2 werden von zweiten Fassungskomponenten F3 , F3 ' , F3 " eines Fassungssystems der vorstehenden Kopflupe 1 getragen.
Dabei ist in Figur 2A die zweite Fassungskomponente F3 mittels des Motors 11 in Abhängigkeit von der Steuereinrichtung 12 entlang der Mittelachse 7 der Kopflupe 1 verschiebbar. Hierdurch ist der Abstand d zwischen der die erste und zweite optische Teillinse 38L, 38R tragenden ersten Fassungskomponente Fl und der die dritte und vierte optische Teillinse 39L, 39R tragenden ersten Fassungskomponente F2 einstellbar. Folglich ist ein Arbeitsabstand a (siehe Figurl) zwischen der die dritte und vierte optische Teillinse 39L, 39R tragenden ersten Fassungskomponente F2 und einer Objektebene, in der die Abbildung des Objekts 6 scharf fokussiert auf die Augen 5L, 5R erfolgt, ebenfalls änderbar. Bei dem hier beschriebenen Ausführungs- beispiel ist der Abstand d 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. Weiter ist in Figur 2A die von den zweiten Fassungskomponenten F3 ' , F3" getragene erste Fassungskomponente Fl, welche die erste und zweite optischen Teillinse 38L, 38R trägt, in Abhängigkeit von der Steuereinrichtung 12 mittels der zweiten Fassungskomponenten F3 ' , F3 " in zwei Richtungen x, y, die senkrecht zu der Mittelachse 7 der Kopflupe 1 stehen, verschiebbar. Diese laterale Versetzung der ersten Fassungskomponente Fl dient dazu, automatisch eine Vibration oder ein Wackeln der Kopflupe 1 auszugleichen. Hierfür ist die Steuereinrichtung 12 mit nicht gezeigten Aufnehmern für Vibrationen bzw. Lageänderungen der Kopflupe 1 verbunden.
Auch wenn die vorliegende Erfindung vorstehend am Beispiel einer Kopflupe 1 beschrieben wurde, kann das erfindungsgemäße stereoskopische optische System alternativ beispielsweise auch ein Stereomikroskop, insbesondere ein Operationsmikroskop, sein. Weiter ist es selbstverständlich möglich, von der in den Figuren IA und 2A gezeigten Anzahl der optischen Elemente und Anzahl der optischen Teillinsen abzuweichen. Weiter kann es sich bei den optischen Elementen bzw. optischen Teillinsen des erfindungsgemäßen stereoskopischen Systems auch um aus zwei oder mehr optischen Teillinsen mit unterschiedlichem Brechungsindex aufgebaute Kittglieder oder ähnliches handeln. Weiter ist es möglich, daß es sich bei einem oder bei mehreren der optischen Elemente des stereoskopischen optischen Systems um eine Linse variabler Brechkraft (z. B. eine Flüssigkeitslinse oder eine Flüssigkristalllinse (LC-Linse) ) handelt. Anstelle der Verwendung von optischen Linsen ist auch die Verwendung von optischen Spiegeln als optische Elemente bzw. optische Teillinsen möglich.
Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Figuren IA, 2A, 3A, 3B, 4 bis 7 und 8A eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung der vorstehend beschriebenen Kopflupe 1 beschrieben. Selbstverständlich eignet sich dieses Verfahren auch zur Herstellung eines stereoskopischen optischen Systems, welches keine Kopflupe sondern beispielsweise ein Stereomikroskop ist. Gemäß des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in einem ersten Schritt Sl wenigstens ein erstes optisches Element 13 mit wenigstens einer zu einer Achse A rotationssymmetrischen optischen Oberfläche O hergestellt. Wie in den Figuren 3A und 3B gezeigt, kann es sich bei dem ersten optischen Element 13 beispielsweise um eine als Kittglied ausgebildete optische Linse handeln. Alternativ kann es sich beispielsweise auch um einen optischen Spiegel handeln.
Im folgenden Schritt S2 erfolgt ein Befestigen des ersten optischen Elements 13 an einer ersten Fassungskomponente Fl.
Eine geeignete erste Fassungskomponente Fl ist in Figur 5 gezeigt .
In dieser Ausführungsform wird das optische Element 13 im Schritt S2 gleichzeitig an zwei um 90° gegeneinander verdrehten ersten Fassungskomponenten Fl und Fl1 befestigt. Dies ist in den Figuren 4A, 4B und 4C gezeigt. Dabei zeigt Figur 4A schematisch eine Frontansicht des ersten optischen Elements 13, das an zwei ersten Fassungskomponenten Fl, Fl1 zweier Fassungssysteme befestigt ist. Figur 4B zeigt schematisch eine Rückansicht von Figur 4A und Figur 4C zeigt schematisch eine Seitenansicht von Figur 4A.
Anschließend erfolgt ein Trennen S3 des ersten optischen Elements 13 in wenigstens eine erste optische Teillinse 38L und eine zweite optische Teillinse 38R. Das Trennen kann beispielsweise durch Sägen oder Schneiden erfolgen. In den Figuren 4A, 4B und 4C ist entsprechend der Zahl der ersten Fassungskomponenten Fl und Fl1 ein Trennen in zwei Paare von ersten und zweiten optischen Teillinsen 38L, 38R und 38L1, 38R1 dargestellt. Alternativ ist jedoch auch ein Trennen in nur ein Paar oder eine größere Anzahl von Paaren von optischen Teillinsen möglich. Dabei kennzeichnen in den Figuren 4A, 4B, 4C die diagonal schraffierten Bereiche des ersten optischen Elements 13 optische Teillinsen, die nach dem Trennen verworfen werden. Das Trennen erfolgt derart, daß die Paare von ersten und zweiten optischen Teillinsen 38L, 38R und 38L1, 38R1 nach dem Trennen jeweils Teile der wenigstens einen optischen Oberfläche O des ersten optischen Elements 13 aufweisen. Folglich ist eine Summe der Flächen der optischen Oberflächen Ol, 02, 03 und 04 kleiner oder gleich der optischen Oberfläche 0 des ersten optischen Elements 13 vor dem Trennen.
Gemäß einer in Figur 3F gezeigten alternativen Ausführungsform erfolgt das Trennen des ersten optischen Elements 13 in die beiden Paare von ersten und zweiten optischen Teillinsen 38L, 38R und 38L', 38R1 so, dass nur wenig Material des ersten optischen Elements 13 verworfen wird. Das zu verwerfende Material ist in Figur 3F schraffiert dargestellt. Dabei sind in Figur 3F in Punktlinien zusätzlich Maximalwerte der jeweiligen Querschnitte von Abbildungsstrahlenbündeln dargestellt, welche die Paare von ersten und zweiten optischen Teillinsen 38L, 38R und 38L' , 38R1 durchdringen.
Nach dem Trennen werden die beiden ersten Fassungskomponenten Fl, Fl1 voneinander separiert, wobei an einer jeden der ersten Fassungskomponenten Fl bzw. Fl1 jeweils ein Paar der optischen Teillinsen 38L, 38R bzw. 38L1, 38R1 befestigt bleibt. Die beiden ersten Fassungskomponenten Fl, Fl1 mit dem daran befestigten jeweiligen Paar optischer Teillinsen 38L, 38R, 38L1, 38R1 können dann jeweils zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Kopflupe 1 verwendet werden. Dies erfolgt durch Montage der jeweiligen ersten Fassungskomponente Fl, Fl1 in dem jeweiligen Fassungssystem der jeweiligen Kopflupe 1.
Anschließend wird die erste Fassungskomponente Fl in Schritt S4 an einer zweiten Fassungskomponente F3 bzw. F3 ' , F3 " eines Fassungssystems der erfindungsgemäßen Kopflupe 1 angebracht, wobei die erste und die zweite optische Teillinse 38L, 38R an der ersten Fassungskomponente Fl befestigt bleiben. In der Folge werden die erste und die zweite optische Teillinse 38L, 38R automatisch derart an dem Fassungssystem montiert, daß die optische Oberfläche Ol der ersten optischen Teillinse 38L und die optische Oberfläche 02 der zweiten optischen Teillinse 38R rotationssymmetrisch zu einer gemeinsamen optischen Achse 7 angeordnet sind.
Da es schwierig ist, die ersten Fassungskomponenten Fl, Fl1 so auszubilden, daß aus dem ersten optischen Element 13 eine große Anzahl von Paaren von ersten und zweiten optischen Teillinsen 38L, 38R, 38L1, 38R1 gebildet werden kann, ist in Abwandlung der vorstehend beschriebenen Ausführungsform auch die Verwendung einer Hilfsfassung F4 für den Trennvorgang möglich.
Gemäß dieser abgewandelten Ausführungsform erfolgt vor dem Trennen ein Befestigen des ersten optischen Elements 13 nicht an einer oder an mehreren ersten Fassungskomponenten Fl, Fl1, sondern an der Hilfsfassung F4. Dies ist in Figur 6 gezeigt.
Nach dem Trennen und vor dem Montieren S4 der ersten und der zweiten optischen Teillinse 38L, 38R an dem FassungsSystem erfolgt gemäß dieser abgewandelten Ausführungsform ein Befestigen der ersten und der zweiten optischen Teillinse 38L, 38R an der ersten Fassungskomponente Fl, F5. Da die erste Fassungskomponente Fl, F5 in dieser Ausführungsform keine Befestigung und kein Trennen des ersten optischen Elements 13 ermöglichen muß, kann die erste Fassungskomponente Fl, F5 ganz auf das Paar von erster und zweiter optischer Teillinse 38L, 38R abgestimmt werden. Dies ist in Figur 7 am Beispiel der ersten Fassungskomponente F5 gezeigt. Im Extremfall kann die erste Fassungskomponente auch einfach durch einen Steg (nicht extra gezeigt) , der die erste und zweite optische Teillinse 38L, 38R starr verbindet und damit die Position und Lage der ersten und zweiten optischen Teillinse 38L, 38R relativ zueinander festlegt, gebildet sein.
Um sicherzustellen, daß die relative Position und Lage der Paare von ersten und zweiten optischen Teillinsen 38L, 38R nicht durch das Umsetzen beeinträchtig wird, bleiben die erste und die zweite optische Teillinse 38L, 38R bevorzugt während dem Befestigen der ersten und der zweiten optischen Teillinse 38L, 38R an der ersten Fassungskomponente Fl, Fl1 an der Hilfsfassung F4 befestigt. Erst anschließend erfolgt ein Lösen der ersten und der zweiten optischen Teillinse 38L, 38R von der Hilfsfassung F4.
Entsprechend der vorstehend beschriebenen Ausführungsform erfolgt auch bei dieser abgewandelten Ausführungsform das
Montieren der ersten und der zweiten optischen Teillinse 38L,
38R an dem Fassungssystem durch Anbringen der ersten Fassungs- komponente Fl bzw. F5 an der zweiten Fassungskomponente F3 bzw.
F3 ' , F3" des Fassungssystems, wobei die erste und die zweite optische Teillinse 38L, 38R an der ersten Fassungskomponente Fl bzw. F5 befestigt bleiben.
Für die Herstellung der in Figur IA gezeigten Kopflupe 1 ist es allgemein vorteilhaft, wenn das Verfahren ferner ein Herstellen eines zweiten optischen Elements, welches wenigstens eine zu einer Achse rotationssymmetrische optische Oberfläche aufweist, umfaßt. Da sich dieses zweite optische Element von dem ersten optischen Element 13 nur durch die Wahl der zu der Achse rotationssymmetrischen optischen Oberfläche unterscheidet, ist es in den Figuren nicht eigens dargestellt.
Weiter umfaßt das Verfahren vorzugsweise weiter ein Trennen des zweiten optischen Elements in wenigstens eine dritte optische Teillinse 39L und eine vierte optische Teillinse 39R derart, daß die dritte und die vierte optische Teillinse 39L, 39R Teile der wenigstens einen optischen Oberfläche des zweiten optischen Elements aufweisen. Anschließend werden die dritte optische Teillinse 39L und die vierte optische Teillinse 39R so an dem Fassungssystem montiert, daß die optische Oberfläche O3 der dritten optischen Teillinse 39L und die optische Oberfläche O4 der vierten optischen Teillinse 39R rotationssymmetrisch zu der gemeinsamen optischen Achse 7 der Kopflupe 1 angeordnet sind. Dabei werden die erste optische Teillinse 38L und die dritte optische Teillinse 39L wie in Figur IA gezeigt bevorzugt in einem gemeinsamen Zentralstrahl 4L der Kopflupe 1 mit Abstand d voneinander entlang der gemeinsamen optischen Achse 7 angeordnet . In der Folge ermöglicht das vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Verfahren eine Herstellung der erfindungs- gemäßen Kopflupe 1 mit einfachen Mitteln auf kostengünstige Weise und mit der erforderlichen Genauigkeit. Weiter ermöglicht das Verfahren eine Verkleinerung der Bauform des Objektivsystems 10 der Kopflupe 1 und damit eine Verringerung des Gewichtes des stereoskopischen optischen Systems.
Gleichzeitig stellt der durch das erfindungsgemäße Verfahren erzielte Aufbau bei geeigneter Wahl der jeweiligen optischen Oberflächen O des ersten und zweiten optischen Elements 13 und damit der optischen Oberflächen Ol, 02, 03, 04 der optischen Teillinsen 38L, 38R, 39L, 39R sicher, daß in einer Objektebene 6 der Kopflupe 1 auch nach einer Änderung des Arbeitsabstandes und damit nach einer Änderung des Abstandes d zwischen der ersten und dritten bzw. zweiten und vierten optischen Teillinse 38L, 39L bzw. 38R, 39R von Zentralstrahlen der beiden Strahlengänge 4L, 4R automatisch immer ein Stereowinkel α eingeschlossen wird.
Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Figuren 2B, 3A, 3B, 3C und 8B eine alternative Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer alternativen Kopflupe 1 ' beschrieben. Bis auf die Ausgestaltung der optischen Elemente des Objektivsystems 10 weist die Kopflupe 1' den in Figur IA gezeigten Aufbau auf. Auf die Beschreibung identischer Elemente wird daher im Folgenden weitgehend verzichtet.
Gemäß dieser alternativen Ausführungsform weist das Verfahren zur Herstellung der Kopflupe 1' die folgenden Schritte auf:
Zunächst wird in Schritt Sil ein erstes optisches Element 13, welches wenigstens eine zu einer Achse A rotationssymmetrische optische Oberfläche O aufweist, hergestellt.
Gemäß einer Ausführungsform ist die rotationssymmetrische optische Oberfläche 0 des ersten optischen Elements 13 stetig und weist die Form einer Sphäre auf. Anschließend oder gleichzeitig wird in Schritt S12 ein zweites optisches Element hergestellt, welches auch wenigstens eine zu einer Achse rotationssymmetrische optische Oberfläche aufweist.
Gemäß einer Ausführungsform ist auch die rotationssymmetrische optische Oberfläche des zweiten optischen Elements stetig und weist die Form einer Sphäre auf. Dabei können die rotationssymmetrischen optischen Oberflächen des ersten und zweiten optischen Elements gleich oder verschieden sein.
In der hier beschriebenen Ausführungsform sind das erste und das zweite optische Element 13 optische Linsen. Alternativ kann es sich jedoch auch beispielsweise um optische Spiegel handeln. Ein entsprechendes erstes bzw. zweites optisches Element 13 ist in den Figuren 3A und 3B gezeigt.
Im folgenden Schritt S13 erfolgt durch zwei geradlinige Schnitte ein Trennen des ersten optischen Elements 13 in eine erste zentrale optische Teillinse 38 und zwei äußere optische Teillinsen 38', 38". Anschließend oder gleichzeitig erfolgt durch zwei geradlinige Schnitte ein Trennen S14 des zweiten optischen Elements in eine zweite zentrale optische Teillinse 39 und zwei äußere optische Teillinsen. Dies ist in Figur 3C schematisch dargestellt. Dabei kennzeichnen die diagonal schraffierten Bereiche die äußeren optischen Teillinsen 38 ' , 38" .
Nach dem Trennen werden in Schritt S15 die erste zentrale optische Teillinse 38 und die zweite zentrale optische Teillinse 39 derart an einem Fassungssystem montiert, daß eine optische Oberfläche Ol1 der ersten zentralen optischen Teillinse 38 und eine optische Oberfläche 02' der zweiten zentralen optischen Teillinse 39 jeweils rotationssymmetrisch zu einer gemeinsamen optischen Achse 7 der Kopflupe 1' angeordnet sind. Die Montage erfolgt über ein Paar von ersten Fassungskomponenten Fl1 bzw. F2 ' , an denen die erste bzw. zweite zentrale optische Teillinse 38 bzw. 39 befestigt sind. Dabei sind die erste zentrale optische Teillinse 38 und die zweite zentrale optische Teillinse 39 bevorzugt voneinander um einen Abstand d entlang der gemeinsamen optischen Achse 7 beabstandet. Die ersten Fassungskomponenten Fl ' , F2 ' erlauben dabei eine Veränderung des Abstandes d entlang der gemeinsamen optischen Achse mittels eines Motors 11.
In der in Figur 2B gezeigten Ausführungsform werden die äußeren optischen Teillinsen 38 ', 38" jeweils verworfen. Alternativ ist es jedoch auch möglich, die zentralen optischen Teillinsen 38, 39 zu verwerfen und die äußeren optischen Teillinsen 38', 38" in der Kopflupe so zu montieren, daß eine optische Oberfläche einer ersten äußeren optischen Teillinse und eine optische Oberfläche einer zweiten . äußeren optischen Teillinse jeweils rotationssymmetrisch zu einer gemeinsamen optischen Achse des stereoskopischen optischen Systems angeordnet ist.
Gemäß einer in Figur 3E gezeigten alternativen Ausführungsform wird das erste optische Element 13 in einem besonders hohen Maße als erste zentrale optische Teillinse 38 genutzt. Dies hat zur Folge, dass nur wenig Material (die äußeren optischen Teillinsen 38', 38") verworfen werden muss. In dieser Ausführungsform wird die hohe Ausnutzung des ersten optischen Elements 13 dadurch begünstigt, dass sich Maximalwerte der jeweiligen Querschnitte der Abbildungsstrahlenbündel 4L'max, 4R'max auf der optischen Oberfläche der ersten zentralen optischen Teillinse 38 teilweise überlappen. Diese Maximalwerte der Querschnitte sind in der Figur 3E in Punktlinie dargestellt.
Ersichtlich ist in Figur 2B nur das linke optische Teilsystem der Kopflupe 1' vollständig dargestellt. Es ist dem Fachmann jedoch bekannt (siehe Figur 9) , daß ein stereoskopisches optisches System für linke und rechte Zentralstrahlen 4L und 4R bezüglich der gemeinsamen Mittelachse 7 des optischen Systems in der Regel symmetrisch aus einem linken und einem in Figur 2B nicht vollständig gezeigten rechten optischen Teilsystem 2L, 2R aufgebaut ist.
Durch das Trennen des ersten und zweiten optischen Elements 13 in eine erste bzw. zweite zentrale optische Teillinse 38, 39 und jeweils ein Paar äußere optische Teillinsen 38', 38", wobei lediglich die erste und zweite zentrale optische Teillinse 38, 39 in dem Fassungssystem der Kopflupe 1' montiert werden, wird auf besonders einfache Weise eine Reduzierung des Gewichts der Kopflupe I1 bewirkt. Weiter ermöglicht das Verfahren eine Verkleinerung der Bauform der Kopflupe.
Gleichzeitig stellt der durch das erfindungsgemäße Verfahren erzielte Aufbau bei geeigneter Wahl der jeweiligen optischen Oberflächen Ol1, 02' des ersten und zweiten optischen Elements 13 und damit der ersten und zweiten zentralen optischen Teillinse 38, 39 sicher, daß sich auch nach einer Änderung des relativen Abstandes zwischen den ersten und zweiten zentralen optischen Teillinsen 38, 39 Zentralstrahlen des linken und rechten Strahlenganges 4L, 4R automatisch immer (d.h. über den ganzen Stellbereich der Kopflupe) unter Einschluss eines Stereowinkels α in einer Objektebene 6 der Kopflupe 1 schneiden.
Es ist offensichtlich, daß auch diese alternative Ausführungsform nicht auf Kopflupen beschränkt ist. Vielmehr kann es sich bei dem stereoskopischen optischen System beispielsweise auch um ein Stereomikroskop handeln.
Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Figuren IB, 2C, 3A, 3B und 3D am Beispiel eines Operationsmikroskops 1" der Aufbau eines stereoskopischen Systems gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Bis auf die Ausgestaltung der optischen Elemente des Objektivsystems 10 weist das Operationsmikroskop 1" einen Aufbau auf, der dem Aufbau der in Figur IA gezeigten Kopflupe 1 entspricht. Auf die Beschreibung identischer Elemente wird daher im Folgenden weitgehend verzichtet.
Wie in den Figuren IB und 2C gezeigt, dient das Operations- mikroskop 1" zur Darstellung eines stereoskopischen Abbildes eines Objekts 6 über einen linken Strahlengang 4L und einen rechten Strahlengang 4R. In Figur IB werden der linke und rechte Strahlengang 4L und 4R jeweils durch die sie durchlaufenden Zentralstrahlen symbolisiert. In Figur 2C wird der linke Strahlengang 4L durch das ihn durchlaufende Abbildungsstrahlenbündel 4L1 symbolisiert.
Das hier gezeigte Operationsmikroskop 1" besitzt eine von dem linken Strahlengang 4L und dem rechten Strahlengang 4R gemeinsam durchsetzte Hauptoptik 10 mit einer ersten optischen Linse 38 und einer zweiten optischen Linse 39. Dabei sind die erste und zweite optische Linse 38, 39 so angeordnet, daß sie eine gemeinsame optische Hauptachse 7 aufweisen und voneinander entlang der gemeinsamen optischen Hauptachse 7 um einen Abstand d beabstandet sind.
Die Hauptoptik 10 entspricht dem Objektiv der vorangegangenen Ausführungsformen.
Weiter weist das Operationsmikroskop 1" ein lediglich von dem linken Strahlengang 4L durchsetztes linkes optisches Teilsystem 2L1 mit einer Mehrzahl von optischen Elementen 31L, 32L, 33L, 34L, 35L, 36L, 37L und ein lediglich von dem rechten Strahlengang 4R durchsetztes rechtes optisches Teilsystem 2R1 mit einer Mehrzahl von optischen Elementen 31R, 32R, 33R, 34R, 35R, 36R, 37R auf.
Bei den optischen Elementen 31L, 32L, 33L, 34L, 35L, 36L, 37L, 31R, 32R, 33R, 34R, 35R, 36R, 37R und den ersten und zweiten optischen Linsen 38, 39 kann es sich beispielsweise um einfache Linsen oder um aus zwei optischen Teillinsen mit unterschiedlichem Brechungsindex aufgebaute Kittglieder oder ähnliches handeln. Weiter ist es möglich, daß es sich bei einem oder bei mehreren der optischen Elemente des stereoskopischen optischen Systems um eine Linse variabler Brechkraft (z. B. eine Flüssigkeitslinse oder eine Flüssigkristalllinse (LC-Linse) ) handelt. Linsen variabler Brechkraft werden zur Veränderung ihrer Brechkraft in der Regel nicht relativ zu anderen Linsen bewegt, sondern entsprechend angesteuert. Anstelle der Verwendung von optischen Linsen ist auch die Verwendung von optischen Spiegeln möglich. Selbstverständlich kann von der in den Figuren IB und 2C gezeigten Anzahl an optischen Elementen und ersten und zweiten optischen Linsen abgewichen werden. Wie in Figur IB durch die Abstände d, e und f angedeutet ist, sind wenigstens eine optische Linse 38, 39 der Hauptoptik 10 und ein optisches Element 34L, 35L, 36L, 34R, 35R, 36R des linken und des rechten optischen Teilsystems 2L1, 2R1 relativ zueinander verlagerbar. Hierdurch ist eine Brechkraft einer durch die wenigstens eine optische Linse 38, 39 der Hauptoptik 10 und das wenigstens eine optische Element 34L, 35L, 36L, 34R, 35R, 36R des linken und des rechten optischen Teilsystems 2L', 2R1 gebildeten optischen Gruppe veränderbar, so daß sich Querschnitte eines Abbildungsstrahlenbündels 4L1 des linken Strahlenganges 4L und eines Abbildungsstrahlenbündels 4R1 des rechten Strahlenganges 4R in Abhängigkeit von der Veränderung der Brechkraft der Gruppe und damit der Verlagerung ändern. In der gezeigten Ausführungsform ist durch Änderung der Abstände e und f eine einstellbare Vergrößerung (Zoomfunktion) des betrachteten Objekts 6 und durch Änderung des Abstandes d eine Anpassung des Operationsmikroskops 1" an den jeweiligen Arbeitsabstand a des betrachteten Objekts 6 und damit eine Fokussierung möglich. Um den relativen Abstand d der ersten optischen Linse 38 von der zweiten optischen Linse 39 entlang der optischen Hauptachse 7 zu ändern, ist in dieser Ausführungsform ein Aktuator in Form eines Motors 11 vorgesehen.
Alternativ zu der vorstehend beschriebenen relativen Verlagerung von wenigstens einem optischen Element 38, 39 der Hauptoptik 10 und / wenigstens einem optischen Element 34L, 35L, 36L, 34R, 35R, 36R des linken und des rechten optischen Teilsystems 2L1, 2R1 zur Veränderung der Brechkraft der so gebildeten Gruppe ist auch die Verwendung wenigstens eines optischen Elements variabler Brechkraft möglich.
Bei dem wenigstens einen optischen Element variabler Brechkraft kann es sich beispielsweise um eine Flüssigkristallinse oder eine Flüssigkeitslinse handeln, die in Figur IB beispielsweise jeweils die optischen Elemente 35L, 35R ersetzen kann.
Eine Brechkraft dieses optischen Elements variabler Brechkraft ist durch Ansteuern des optischen Elements veränderbar, so daß sich auch hier Querschnitte eines Abbildungsstrahlenbündels 4L1 des linken Strahlenganges 4L und eines Abbildungsstrahlenbündels 4R1 des rechten Strahlenganges 4R in Abhängigkeit von der Veränderung der Brechkraft und damit der Ansteuerung ändern.
Wie in den Figuren IB, 2C und 3D gezeigt ist, ist eine äußere Form der ersten und zweiten optischen Linse 38, 39 der Hauptoptik 10 so gewählt, daß eine jeweilige Gesamtfläche einer optischen Oberfläche Ol1, 02' der ersten bzw. zweiten optischen Linse 38, 39 einen Wert aufweist, welcher kleiner als ein 1,8- faches eines Maximalwerts der von den jeweiligen Querschnitten der AbbildungsStrahlenbündel 4L'max, 4R'max auf der jeweiligen optischen Oberfläche Ol1 02' der ersten bzw. zweiten optischen Linse 38, 39 der Hauptoptik 10 eingenommenen Fläche ist.
Dies ist in Figur 3D verdeutlicht. Figur 3D zeigt schematisch eine Frontansicht einer optischen Linse 13, welche zur Herstellung der ersten bzw. zweiten optischen Linse 38, 39 geeignet ist. Die Figur 3B zeigt eine Seitenansicht der optischen Linse 13.
Wie in Figur 3D gezeigt, werden die erste bzw. zweite optische Linse 38, 39 bevorzugt durch Abtrennen von der optischen Linse 13 gebildet. Dies kann beispielsweise durch Sägen oder Schneiden erfolgen. Alternativ ist es auch möglich, die erste bzw. zweite optische Linse 38, 39 durch Abtragen von Material der optischen
Linse 13 (z. B. durch Schleifen, Hobeln oder Fräsen) zu bilden.
Der diagonal schraffierte Bereich zeigt Teillinsen 38', 38"
(bzw. Bereiche) der optischen Linse 13, welche verworfen werden.
Weiter sind in Figur 3D mit gepunkteten Linien Maximalwerte 4L'max, 4R'max und mit gestrichelten Linien Minimalwerte 4L 'min, 4R'min der von den jeweiligen Querschnitten der AbbildungsStrahlenbündel 4L1, 4R1 auf der optischen Oberfläche Ol1 der ersten optischen Linse 38 der Hauptoptik 10 eingenommenen Flächen gezeigt. Der Maximalwert der von den jeweiligen Querschnitten der Abbildungsstrahlenbündel 4L'max, 4R'max eingenommenen Fläche hängt in der gezeigten Ausführungsform von den Abständen d, e und f und der Anordnung der jeweiligen optischen Oberfläche Ol1, 02' ab und kann beispielsweise experimentell oder durch Berechnung ermittelt werden. Gemäß einer Ausführungsform wird bei der Bestimmung des Maximalwerts der von den jeweiligen Querschnitten der Abbildungsstrahlenbündel 4L'max, 4R'max eingenommenen Fläche auch eine mögliche Verlagerung der Abbildungsstrahlenbündel 4L1, 4R1 auf der optischen Oberfläche der jeweiligen Linse der Hauptoptik 10 in Folge einer Änderung des Arbeitsabstandes und / oder der Abbildungsvergrößerung berücksichtigt .
Ersichtlich ist die Formgebung der ersten optischen Linse 38 in Figur 3D an den Maximalwert der von den jeweiligen Querschnitten der Abbildungsstrahlenbündel 4L'max, 4R'max eingenommenen Fläche angepasst. Zwischen den beiden die Abbildungsstrahlenbündel 4L1, 4R1 führenden Bereichen der ersten optischen Linse 38 ist in der in Figur 3D gezeigten Ausführungsform ein Steg S vorgesehen. Aufgrund des Steges S sind die beiden die Abbildungsstrahlenbündel 4L', 4R1 führenden Bereiche hinsichtlich ihrer relativen Position und Lage festgelegt. Weiter kann der Steg S wahlweise zur Fassung der ersten optischen Linse 38 verwendet werden.
Vorzugsweise kann die Gesamtfläche einer jeweiligen optischen Oberfläche Ol1, 02' der ersten bzw. zweiten optischen Linse 38, 39 der Hauptoptik 10 einen Wert aufweisen, welcher kleiner als ein 1,5-faches, vorzugsweise kleiner als ein 1,3-faches, bevorzugt kleiner als ein 1,2-faches und besonders bevorzugt kleiner als ein 1,1-faches eines Maximalwerts der von den Querschnitten der Abbildungsstrahlenbündel 4L'max, 4R'max auf der jeweiligen optischen Oberfläche Ol1, O2 ' der ersten bzw. zweiten optischen Linse 38, 39 eingenommenen Fläche ist. Hierdurch können eine bezüglich der AbbildungsStrahlenbündel minimale Größe und ein minimales Gewicht der ersten bzw. zweiten optischen Linse 38, 39 erzielt werden.
Anstelle von optischen Linsen können die erste und/oder zweite optische Linse 38 und/oder 39 beispielsweise auch durch optische Spiegel gebildet sein. Weiter kann der vorstehend beschriebene stereoskopische Aufbau anders als für ein Operationsmikroskop beispielsweise für eine Kopflupe oder ähnliches verwendet werden.

Claims

Patentansprüche
1. Stereoskopisches optisches System (1) , umfassend:
ein erstes optisches Teilsystem (2L) mit einer Mehrzahl von optischen Elementen (31L, 32L, 33L, 34L, 35L, 36L, 37L, 38L, 39L) zur Bereitstellung eines linken Strahlengangs (4L) des stereoskopischen optischen Systems (1) und ein zweites optisches Teilsystem (2R) mit einer Mehrzahl von optischen Elementen (31R, 32R, 33R, 34R, 35R, 36R, 37R, 38R, 39R) zur Bereitstellung eines rechten Strahlengangs (4R) des stereoskopischen optischen Systems (1) ,
wobei wenigstens ein erstes optisches Teilelement (38L) des ersten optischen Teilsystems (2L) eine erste optische Oberfläche (Ol) aufweist und wenigstens ein zweites optisches Teilelement (38R) des zweiten optischen Teilsystems (2R) eine zweite optische Oberfläche (02) aufweist, und
wobei die erste und die zweite optische Oberfläche (Ol, 02) Teilflächen einer gemeinsamen mathematischen Fläche sind, welche rotationssymmetrisch zu einer gemeinsamen Hauptachse (7) des stereoskopischen optischen Systems (1) ist.
2. Stereoskopisches optisches System (1) nach Anspruch 1, wobei
ein drittes optisches Teilelement (39L) des ersten optischen Teilsystems (2L) eine dritte optische Oberfläche (03) aufweist und ein viertes optisches Teilelement (39R) des zweiten optischen Teilsystems (2R) eine vierte optische Oberfläche (04) aufweist,
die dritte und die vierte optische Oberfläche (03, 04) Teilflächen einer gemeinsamen mathematischen Fläche sind, welche rotationssymmetrisch zu der Hauptachse (7) des stereoskopischen optischen Systems (1) ist, und das erste optische Teilelement (38L) und das dritte optische Teilelement (39L) voneinander entlang der Hauptachse (7) des stereoskopischen optischen Systems (1) um einen Abstand (d) beabstandet sind.
3. Stereoskopisches optisches System (1) nach Anspruch 2, weiter umfassend einen Aktuator (11) , um den Abstand (d) des ersten optischen Teilelements (38L) von dem dritten optischen Teilelement (38R) entlang der Hauptachse (7) des stereoskopischen optischen Systems (1) zu ändern.
4. Stereoskopisches optisches System (1) nach Anspruch 2 oder 3, wobei das erste optische Teilelement (38L) und das dritte optische Teilelement (39L) in einem gemeinsamen Strahlengang (4L) des stereoskopischen optischen Systems (1) angeordnet sind.
5. Stereoskopisches optisches System (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das erste und zweite optische Teilelement (38L, 38R) sowie bevorzugt auch das dritte und vierte optische Teilelement (39L, 39R) jeweils eine optische Linse ist.
6. Stereoskopisches optisches System (1") zur Darstellung eines stereoskopischen Abbildes eines Objekts (6) über einen linken Strahlengang (4L) und einen rechten Strahlengang (4R), wobei das stereoskopische optische System (1) umfaßt:
eine von dem linken Strahlengang (4L) und dem rechten Strahlengang (4R) gemeinsam durchsetzte Hauptoptik (10) mit einem ersten optischen Element (38) , welches eine optische Hauptachse (7) aufweist,
ein lediglich von dem linken Strahlengang (4L) durchsetztes linkes optisches Teilsystem (2L') mit einer Mehrzahl von optischen Elementen (31L, 32L, 33L, 34L, 35L, 36L, 37L) , und ein lediglich von dem rechten Strahlengang (4R) durchsetztes rechtes optisches Teilsystem (2R') mit einer Mehrzahl von optischen Elementen (31R, 32R, 33R, 34R, 35R, 36R, 37R) ,
wobei eine Brechkraft wenigstens eines optischen Elements (34L, 35L, 36L, 34R, 35R, 36R, 38, 39) und/oder eine Brechkraft einer von mehreren optischen Elementen (34L, 35L, 36L, 34R, 35R, 36R) gebildeten optischen Gruppe veränderbar ist, so daß sich Querschnitte eines Abbildungsstrahlenbündels (4L1) des linken Strahlenganges (4L) und eines Abbildungsstrahlenbündels (4R1) des rechten Strahlenganges (4R) in Abhängigkeit von der Veränderung der Brechkraft ändern,
wobei eine Gesamtfläche einer optischen Oberfläche (Ol1; 02') des ersten optischen Elements (38, 39) der Hauptoptik (10) einen Wert aufweist, welcher kleiner ist als ein 1,8- faches eines Maximalwerts der von den Querschnitten der Abbildungsstrahlenbündel (4L'max, 4R'max) auf der optischen Oberfläche (Ol1; 02') des ersten optischen Elements (38, 39) der Hauptoptik (10) eingenommenen Fläche.
7. Stereoskopisches optisches System (1") nach Anspruch 6, wobei das wenigstens eine optische Element ein optisches Element variabler Brechkraft ist und die Brechkraft des wenigstens einen optischen Elements (34L, 35L, 36L, 34R,
35R, 36R, 38, 39) durch Ansteuern des optischen Elements
(34L, 35L, 36L, 34R, 35R, 36R, 38, 39) veränderbar ist.
8. Stereoskopisches optisches System (1") nach Anspruch 6, wobei die optische Gruppe durch wenigstens ein optisches Element (38, 39) der Hauptoptik (10) und wenigstens ein optisches Element (34L, 35L, 36L, 34R, 35R, 36R) des linken und des rechten optischen Teilsystems (2L1, 2R1 ) gebildet wird und das wenigstens eine optische Element (38, 39) der Hauptoptik (10) und/oder das wenigstens eine optische Element (34L, 35L, 36L, 34R, 35R, 36R) des linken und des rechten optischen Teilsystems (2L1, 2R1) zur Änderung der Brechkraft der Gruppe relativ zueinander verlagerbar sind.
9. Stereoskopisches optisches System (1") nach einem der Ansprüche 6, 7 oder 8, wobei die Gesamtfläche einer optischen Oberfläche (Ol1; 02') des ersten optischen Elements (38, 39) der Hauptoptik (10) einen Wert aufweist, welcher kleiner ist als ein 1,5-faches, vorzugsweise kleiner ist als ein 1,3-faches, bevorzugt kleiner ist als ein 1,2- faches und besonders bevorzugt kleiner ist als ein 1,1- faches eines Maximalwerts der von den Querschnitten der Abbildungsstrahlenbündel (4L'max, 4R'max) auf der optischen Oberfläche (Ol1; 02') des ersten optischen Elements (38, 39) der Hauptoptik (10) eingenommenen Fläche.
10. Stereoskopisches optisches System (1") nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei
die Hauptoptik (10) wenigstens ein zweites optisches Element (39) aufweist, welches so angeordnet ist, daß das erste und zweite optische Element (38, 39) eine gemeinsame optische Hauptachse (7) aufweisen, und
das erste optische Element (38) und das zweite optische Element (39) voneinander entlang der gemeinsamen optischen Hauptachse (7) um einen Abstand (d) beabstandet sind.
11. Stereoskopisches optisches System (1") nach Anspruch 10, weiter umfassend einen Aktuator (11), um den relativen Abstand (d) des ersten optischen Elements (38) von dem zweiten optischen Element (39) entlang der optischen Hauptachse (7) zu ändern.
12. Stereoskopisches optisches System (1") nach einem der Ansprüche 6 bis 11, wobei das erste und zweite optische Element (38, 39) jeweils eine optische Linse ist.
13. Stereoskopisches optisches System (1") nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das stereoskopische optische System (1) eine an einem Kopf eines Benutzers befestigbare Kopflupe ist.
14. Stereoskopisches optisches System (1") nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das stereoskopische optische System (1) ein Stereomikroskop, insbesondere ein Operationsmikroskop, ist.
15. Verfahren zur Herstellung eines stereoskopischen optischen Systems, umfassend:
Herstellen (Sl) wenigstens eines ersten optischen Elements (13) , welches wenigstens eine zu einer Achse (A) rotationssymmetrische optische Oberfläche (O) aufweist;
Trennen (S3) des ersten optischen Elements (13) in wenigstens ein erstes optisches Teilelement (38L) und ein zweites optisches Teilelement (38R) derart, daß das erste und das zweite optische Teilelement (38L, 38R) Teile der wenigstens einen optischen Oberfläche (O) des ersten optischen Elements (13) aufweisen; und
Montieren (S4) des ersten optischen Teilelements (38L) und des zweiten optischen Teilelements (38R) an einem Fassungssystem derart, daß die optische Oberfläche (Ol) des ersten optischen Teilelements (38L) und die optische Oberfläche (02) des zweiten optischen Teilelements (38R) rotationssymmetrisch zu einer gemeinsamen optischen Achse (7) angeordnet sind.
16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei eine Summe der Flächen der optischen Oberfläche (Ol) des ersten optischen Teilelements
(38L) und der optischen Oberfläche (02) des zweiten optischen Teilelements (38R) kleiner ist als die optische Oberfläche (0) des ersten optischen Elements (13) vor dem Trennen .
17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, wobei das Fassungssystem eine erste Fassungskomponente (Fl) und eine zweite Fassungskomponente (F3) aufweist und das Verfahren ferner umfaßt : Befestigen (S2) des ersten optischen Elements (13) an der ersten Fassungskomponente (Fl) vor dem Trennen,
wobei das Montieren (S4) des ersten optischen Teilelements (38L) und des zweiten optischen Teilelements (38R) an dem Fassungssystem nach dem Trennen ein Anbringen der ersten Fassungskomponente (Fl) an der zweiten Fassungskomponente (F3; F3 ' , F3 " ) umfaßt, wobei das erste und das zweite optische Teilelement (38L, 38R) an der ersten Fassungskomponente (Fl) befestigt bleiben.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 oder 16, wobei das
FassungsSystem eine erste Fassungskomponente (Fl; F5) und eine zweite Fassungskomponente (F3; F3 ' , F3") aufweist und das Verfahren ferner umfaßt :
Befestigen des ersten optischen Elements (13) an einer Hilfsfassung (F4) vor dem Trennen;
Befestigen des ersten optischen Teilelements (38L) und des zweiten optischen Teilelements (38R) an der ersten Fassungskomponente (Fl; F5) nach dem Trennen, wobei das erste optische Teilelement und das zweite optische Teilelement (38L, 38R) an der Hilfsfassung (F4) befestigt bleiben; und
Lösen des ersten optischen Teilelements (38L) und des zweiten optischen Teilelements (38R) von der Hilfsfassung (F4) nach dem Befestigen des ersten optischen Teilelements (38L) und des zweiten optischen Teilelements (38R) an der ersten Fassungskomponente (Fl; F5) ,
wobei das Montieren des ersten optischen Teilelements (38L) und des zweiten optischen Teilelements (38R) an dem Fassungssystem nach dem Trennen ein Anbringen der ersten Fassungskomponente (Fl; F5) an der zweiten Fassungskomponente (F3,- F3 ' , F3 " ) umfaßt, wobei das erste und das zweite optische Teilelement (38L, 38R) an der ersten Fassungskomponente (Fl; F5) befestigt bleiben.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, wobei das Trennen des ersten optischen Elements (13) ein Trennen in eine Mehrzahl von Paaren optischer Teilelemente (38L, 38R, 38L1, 38R1) umfaßt, und
wobei das Montieren ein Montieren eines jeden Paars optischer Teilelemente (38L, 38R, 38L1, 38R1) an jeweils einem separaten Fassungssystem umfaßt, um eine Mehrzahl von stereoskopischen optischen Systemen herzustellen.
20. Verfahren nach Anspruch 19, wobei ein jedes der Mehrzahl von Fassungssystemen eine erste Fassungskomponente (Fl, Fl1) aufweist und das Verfahren ferner umfaßt:
Befestigen der ersten Fassungskomponente (Fl, Fl1) eines jeden der Mehrzahl von Fassungssystemen an dem ersten optischen Element (13) vor dem Trennen; und
Separieren der ersten Fassungskomponenten (Fl, Fl1) der Mehrzahl von Fassungssystemen voneinander, wobei an einer jeden der ersten Fassungskomponenten (Fl, Fl1) jeweils ein Paar der optischen Teilelemente (38L, 38R, 38L1, 38R1) befestigt bleibt.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 20, wobei das Verfahren ferner umfaßt :
Herstellen eines zweiten optischen Elements, welches wenigstens eine zu einer Achse rotationssymmetrische optische Oberfläche aufweist;
Trennen des zweiten optischen Elements in wenigstens ein drittes optisches Teilelement (39L) und ein viertes optisches Teilelement (39R) derart, daß das dritte und das vierte optische Teilelement (39L, 39R) Teile der wenigstens einen optischen Oberfläche des zweiten optischen Elements aufweisen; und
Montieren des dritten optischen Teilelements (39L) und des vierten optischen Teilelements (39R) an dem Fassungssystem derart, daß die optische Oberfläche (03) des dritten optischen Teilelements (39L) und die optische Oberfläche (04) des vierten optischen Teilelements (39R) rotationssymmetrisch zu der gemeinsamen optischen Achse (7) angeordnet sind.
22. Verfahren nach Anspruch 21, wobei das erste optische Teilelement (38L) und das dritte optische Teilelement (39L) mit Abstand (d) voneinander entlang der gemeinsamen optischen Achse (7) angeordnet sind.
23. Verfahren nach Anspruch 21 oder 22, wobei das Fassungssystem einen Aktuator (11) umfaßt, um den Abstand (d) des ersten optischen Teilelements (38L) von dem dritten optischen Teil- element (39L) entlang der gemeinsamen optischen Achse (7) zu ändern.
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 23, wobei das erste optische Teilelement (38L) und das dritte optische Teilelement (39L) in einem gemeinsamen Strahlengang (4L) des stereoskopischen optischen Systems (1) angeordnet sind.
25. Verfahren zur Herstellung eines stereoskopischen optischen Systems (1) , umfassend:
Herstellen (Sil) eines ersten optischen Elements (13), welches wenigstens eine zu einer Achse (A) rotationssymmetrische optische Oberfläche (0) aufweist;
Herstellen (S12) eines zweiten optischen Elements, welches wenigstens eine zu einer Achse rotationssymmetrische optische Oberfläche aufweist; Trennen (S13) des ersten optischen Elements (13) in ein erstes zentrales Teilelement (38) und zwei äußere Teilelemente (38', 38") durch zwei geradlinige Schnitte;
Trennen (S14) des zweiten optischen Elements in ein zweites zentrales Teilelement (39) und zwei äußere Teilelemente durch zwei geradlinige Schnitte; und
Montieren (S15) des ersten zentralen Teilelements (38) und des zweiten zentralen Teilelements (39) an einem Fassungssystem derart, daß eine optische Oberfläche (Ol1) des ersten zentralen Teilelements (38) und eine optische Oberfläche (O21) des zweiten zentralen Teilelements (39) jeweils rotationssymmetrisch zu einer gemeinsamen optischen Achse (7) angeordnet ist.
26. Verfahren nach Anspruch 25, wobei das erste zentrale Teilelement (38) und das zweite zentrale Teilelement (39) mit Abstand (d) voneinander entlang der gemeinsamen optischen Achse (7) angeordnet sind.
27. Verfahren nach Anspruch 25 oder 26, wobei das Fassungssystem einen Aktuator (11) umfaßt, um den Abstand das ersten zentralen Teilelements (38) von dem zweiten zentralen Teilelement (39) entlang der gemeinsamen optischen Achse (7) zu ändern.
28. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 27, wobei das erste und/oder zweite optische Element (13) eine Linse ist.
29. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 28, wobei das stereoskopische optische System (1) eine an einem Kopf eines Benutzers befestigbare Kopflupe ist.
30. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 28, wobei das stereoskopische optische System (1) ein Stereomikroskop, insbesondere ein Operationsmikroskop, ist.
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