Die Erfindung betrifft einen Wechsler für optische Elemente und eine optische Vorrichtung, insbesondere ein Operationsmikroskop, ein Stereomikroskop, ein Mikroskop, ein Endoskop oder ein Stereoendoskop, enthaltend einen solchen Wechsler nach einem der unabhängigen Ansprüche 1, 4, 12 und 36.

Motivation

Die Motivation für die zunehmende Verwendung von Wechslern ist die Forderung nach steigender Multifunktionsfahigkeit von optischen Vorrichtungen. Im Falle von Operationsmikroskopen und Endoskopen sind es neuerdings z. B. die vielfaltigen Fluoreszenzanwendungen, die sich immer mehr als bildgebende Verfahren bei Operationen etablieren, so z. B. Verwendung von ALA5 bei der Detektion von Glioblastomen, einer sehr gefahrlichen Art Gehirntumor, oder von ICG bei der Aneurysmendarstellung. Schon länger dagegen wird die Verwendung z. B. von Grünfiltern im HNO-Bereich zwecks Kontraststeigerung praktiziert. Bei den Fluoreszenzanwendungen werden immer neue Fluoreszenzfarbstoffe entwickelt, so dass Filter mit immer neuen Kennlinien gebraucht werden. Auch wenn die Auswahl der Filter für die gängigsten OPs begrenzt ist, so müssen dennoch einige Filter zur Verfügung gestellt werden und es muss sichergestellt werden, dass zwischen verschiedenen Beobachtungs- und Beleuchtungsmodi schnell und zuverlässig umgeschaltet werden kann. Dies beinhaltet das Einfügen in aber auch das Entfernen der Filter aus dem optischen Strahlengang. Ein weiterer Grund für den großen Bedarf an vernünftigen Wechslern ist die Forderung nach relativ vielen Vergrößerungsstufen mit einem großen Vergrößerungsbereich zu einem annehmbaren Preis in optischen Vorrichtungen, die durch die heutigen Galilei- Wechsler und Zoomsysteme nicht befriedigt werden können. Heutige Galilei- Wechsler haben höchstens fünf Vergrößerungsstufen, sind langsam, groß und schwerfällig. Die Zooms sind dagegen teuer, entwicklungsintensiv und haben nur einen kleinen Vergrößerungsbereich. Dabei sind sie ebenfalls groß, schwerfällig und aufwendig herzustellen. Stand der Technik

Wechsler für optische Elemente sind bereits hinlänglich bekannt. So kennen z. B. die DE 78 21 689 Ul, DE 22 54 718 und DE 103 12 644 ein Filterrad als rotierbaren kreisförmigen Wechsler für einen optischen Strahlengang. Dabei stellt die DE 103 12 644 eine Möglichkeit vor, das Filterrad auf eine einfache Art und Weise seitlich zu bestücken.

Zwei Wechsler mit je einem Filtersatz hintereinander in einem einzelnen Strahlengang rotierend gegeneinander zu verlagern, um eine große Anzahl von verschiedenen Kombinationen zu erhalten, kennt man bereits aus den EP 0248 974, DE 198 35 070 und DE 103 36 890.

Bekannt ist ebenfalls der Versuch von Leichtbauweise durch Aussparungen in dem Träger der optischen Elemente aus EP 0248 974.

All diese Lösungen haben als Riesennachteil den großen seitlichen Platzbedarf gemeinsam, der gar mehr als eine Größenordnung über den Abmessungen des Querschnitts des zu beeinflussenden Strahlenganges liegen kann.

Im Ansatz interessant ist der Vielfachwechsler aus der US 4,600,976 mit einem etwas kleineren aber dennoch wesentlichen Platzbedarf zur Seite, also senkrecht zum Strahlengang, als in den o. g. Schriften. Er ist aber immer noch recht groß und wesentlich ausgedehnt entlang des Strahlenganges, also parallel dazu. Die Elemente sind leicht einschwenkbar, sie müssen aber einzeln mechanisch angesteuert werden, was bereits kompliziert ist. Das Einbringen der optischen Elemente in den Strahlengang geschieht durch eine Rotationsbewegung.

Ebenfalls im Ansatz interessant durch die große mögliche Anzahl von einbringbaren optischen Elementen ist die DE 198 32 973 mit einem ähnlichen Filtermagazin wie in der US 4,600,976, allerdings erfolgt das Einführen und Entfernen der optische Elemente durch eine Linearbewegung mit Hilfe eines Elektromagneten. Die Anordnung ist nicht einfach anzusteuern, sie ist immer noch groß und langsam, energie- und entwicklungsaufwendig.

Nahe dran an der DE 198 32 973 ist ebenfalls die US 3,255,666, allerdings mit manueller Filtereinführung statt durch einen Elektromagneten. Ebenfalls nahe dran ist die DE 197 02 967, die einen vollautomatischen Filterwechsel beschreibt, wobei es sich hier um Partikelfilter handelt. Des Weiteren beschreibt die DE 197 02 754 eine Möglichkeit Filter zu wechseln ohne das Filterrad aus der Vorrichtung zu entnehmen.

Stereostrahlengänge bzw. zwei oder mehr räumlich zusammenhängende Strahlengänge mit je einem Filterrad für je einen einzelnen Strahlengang sind zu finden in DE 10 2006 006 014, DE 10 2006 004 232 und DE 103 36 890.

Die Offenbarung der in dieser Anmeldung zitierten Schriften wird hiermit durch Bezugnahme vollumfanglich übernommen.

Der Nachteil der Wechsler, die der Stand der Technik zu bieten hat ist der, dass die optischen Elemente, die eingeschwenkt werden sollen, nicht nur in der aktiven Position, also eingeschwenkt im Strahlengang, sondern auch in der nicht aktiven Position außerhalb des Strahlenganges, senkrecht zum Strahlengang und außerhalb des ohnehin vorhandenen Platzangebotes angeordnet werden. Da aber die Form der optischen Vorrichtungen in den meisten Fällen dem optischen Strahlengang folgt, ragen die nicht aktiven optischen Elemente aus der ursprünglichen Anordnung heraus, nehmen viel Platz weg, behindern die orientierende Sicht an der Vorrichtung vorbei auf und den Zugang zu dem Objektraum/Arbeitsraum und verursachen ein zusätzliches Gehäusevolumen und -fläche und dadurch auch ein nicht zu vernachlässigendes zusätzliches Gewicht. Dieses zusätzliche Gewicht hat neben der direkten noch eine indirekte Komponente durch zusätzlichen Aufwand beim Antrieb und Gegengewicht bei beweglichen optischen Vorrichtungen, wie Operationsmikroskopen. Allgemein ist das zusätzliche Gewicht und Volumen sehr nachteilig bei allen optischen Vorrichtungen insbesondere aus dem Consumer-Bereich, wie z. B. Kameras oder Webcams.

Für die Wechsler nach dem Stand der Technik muss zusätzlicher Platz reserviert werden, denn normalerweise gibt es bei Strahlengängen, die einzeln durch die Wechsler bedient werden, keinen überschüssigen Platz, der für optische Elemente in nicht aktiver Stellung genutzt werden könnte.

Besonders störend bzw. gar nicht tragbar sind solche Lösungen in den Endoskopen oder Operationsmikroskopen. Ein Endoskop würde seinen Querschnitt vervielfachen müssen oder durch die Einengung des Strahlenganges gewaltig an Auflösung verlieren. Im Falle eines Operationsmikro- skopes versperrt ein Filterrad den orientierenden Blick am Mikroskop vorbei (s. z. B. DE 103 36 890, Absatz [0012]) und verhindert eine einfache Ausgangspositionierung des Operationsmikroskops und der Operateurhände sowie eine grobe Orientierung während des Eingriffs. Da die Ausgangspositionierung sowie die Orientierung oft mehrfach während eines Eingriffs hergestellt werden muss, ist ein Operationsmikroskop mit Wechsler nach Stand der Technik wenig ergonomisch. Die in DE 103 36 890 vorgeschlagene Lösung den Wechsler weiter oben im Strahlengang anzuordnen, lässt den Arzt sich den Hals kaum weniger verrenken oder die optimale ergonomische Arbeitsposition beibehalten. Dieser Vorschlag ist keine nachhaltige Lösung des Problems.

Große Wechslerräder sind langsam, benötigen große Drehmomente und einigen Energieaufwand, um bewegt und positioniert zu werden. Die linearen (Filter)Einschiebevorrichtungen sind ebenfalls lang, langsam und nicht energiearm beweglich.

Einen Vorteil bei Verwendung von vielen Filtern bieten die automatischen Filtermagazine bekannt aus DE 198 32 973 und DE 197 02 967. Im Falle von zwei bis sechs Filtern, wie bei den Operationsmikroskopen benötigt, stellen sie jedoch einen apparativen Overkill mit immer noch zu großem Platzbedarf dar.

Aufgabe

Es ist daher die Aufgabe dieser Erfindung, einen Wechsler für optische Elemente bereit zu stellen, der optische Elemente wie z. B. Filter, Blenden, Linsen, Spalte, Spiegel, DOEs und einfache optische Gitter, Strahlteiler, Abschwächer usw. in den optische Strahlengang bringt oder aus diesem Strahlengang entfernt, der die o.g. Nachteile nicht aufweist und insbesondere Platz und Gewicht sparend, nicht Sicht versperrend, dabei leicht herzustellen, leicht, leichtgängig und leicht zu bedienen ist.

Diese Aufgabe wird durch einen Wechsler nach einem der unabhängigen Ansprüche 1, 4, 12 und 36 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen finden sich in den Unteransprüchen. Beschreibung

Gemäß der vorliegenden Erfindung hat der Wechsler eine Rotationsachse und mindestens ein optisches Element für mindestens einen optischen Strahlengang mit einer optischen Achse, wobei dieser Wechsler das mindestens eine optische Element in diesen mindestens einen optischen Strahlengang durch eine Rotationsbewegung oder zumindest unter Beteiligung einer Rotationsbewegung einbringt oder aus diesem Strahlengang entfernt. Dabei ist dieser mindestens eine optische Strahlengang vorzugsweise eines von mindestens zwei räumlich zusammenhängenden Strahlengängen. Erfindungsgemäß befindet sich die Rotationsachse des Wechslers zwischen zwei parallelen Linien, wobei diese parallelen Linien durch die Schnittstellen der optischen Achsen der optischen Strahlengänge mit einer Ebene, die diese optische Achsen unter gleichen Winkeln schneidet und dabei senkrecht auf die von den optischen Achsen aufgespannte Ebene steht, verlaufen. Sie verlaufen genau in dieser Ebene und sie stehen senkrecht auf die Verbindungslinie zwischen den beiden Schnittstellen der optischen Achsen der optischen Strahlengänge mit der einen, diese optische Achsen unter gleichen Winkeln schneidenden Ebene. Diese Winkel können z. B. 90° (s. z. B. Fig. 7a und 7b) oder 45° (s. z. B. Fig. 7c) sein. Der Fall 90° gilt hier für zwei parallele, 45° für senkrecht aufeinander stehende Strahlengänge. Die parallelen Strahlengänge können einen Stereostrahlengang bilden, sie können aber auch zwei Abschnitte desselben Strahlenganges sein.

Die Lösungen aus dem Stand der Technik haben Rotationsachsen außerhalb des erfindungsgemäßen Bereichs.

Die Rotationsachse des Wechslers kann vorzugsweise gleich weit von den optischen Achsen der optischen Strahlengänge entfernt sein.

Das mindestens eine optische Element kann in jeden der mindestens zwei räumlich zusammenhängenden Strahlengänge eingebracht werden. Es befindet sich in nicht aktiver, ausgeschwenkter Stellung meist innerhalb des Gehäuses, an Stellen, die durch den üblichen Aufbau ohnehin Platz bieten, denn das optische Element hat zwar nennenswerte Fläche, aber kein nennenswertes Volumen.

Mindestens eins der mindestens zwei räumlich zusammenhängenden Strahlengänge kann ein Beobachtungsstrahlengang, aber ebenso ein Beleuchtungsstrahlengang sein. Gemäß einer weiteren Ausfuhrungsform kann die Rotationsachse des Wechslers gegen die optische Achse des optischen Strahlenganges um einen Winkel geneigt sein, wobei der Wechsler nur einen Strahlengang bedient. Schwenkt der Wechsler einen Strahlteiler ein, so ist die Rotationsachse des Wechslers um vorzugsweise im Wesentlichen α/2 geneigt, wenn der Strahlteiler unter dem Winkel α gegen den Strahlengang geneigt ist. Schwenkt der Wechsler allerdings andere optische Elemente ein, so ist die Rotationsachse des Wechslers um vorzugsweise im Wesentlichen 45° gegen den Strahlengang geneigt. Das eingeschwenkte optische Element schneidet den optischen Strahlengang unter einem Winkel zwischen 50° und 140° und bei der Rotation des Wechslers um 360° schließt es in mindestens einer Stellung mit der optischen Achse des optischen Strahlenganges einen Winkel zwischen -40° und +40° ein. Bevorzugt schneidet das eingeschwenkte optische Element den optischen Strahlengang unter einem Winkel zwischen 70° und 110°, weiter bevorzugt unter einem Winkel zwischen 80° und 100°, optimal im Wesentlichen unter einem Winkel von 90° und bei der Rotation des Wechslers um 360° schließt es in mindestens einer Stellung mit der optischen Achse des optischen Strahlenganges einen Winkel bevorzugt zwischen -30° und 30°, weiter bevorzugt zwischen -10° und 10°, optimal im Wesentlichen einen Winkel von 0° ein. Damit nimmt das optische Element im Wesentlichen in ausgeschwenkter, nicht aktiver Stellung Platz entlang des Strahlengangs ein, der ohnehin vorhanden ist und verbreitert die Vorrichtung nicht unnötig.

Für einen schnellen Austausch von optischen Elementen ist vorzugsweise eine Möglichkeit vorgesehen, das mindestens eine optische Element selbst oder einen Reiter, der dieses optische Element trägt, auf einfache Art und Weise auszutauschen und zwar ohne Zuhilfenahme von Werkzeug. Dies kann auch automatisch durch eine Lade-/Entladevorrichtung erfolgen. Ebenso praktisch wäre die Möglichkeit, den rotierenden Teil des Wechslers auf einfache Art und Weise ohne Zuhilfenahme von Werkzeug auszutauschen.

Zwecks Energieeinsparung und leichter Beweglichkeit im Betrieb kann der rotierende Träger bevorzugt zumindest teilweise aus Leichtmaterial, z. B. Leichtmetall, Kunststoff, Leichtkeramik oder Karbonfaser, gefertigt werden. Ebenso kann der rotierende Träger mit Aussparungen versehen werden, um Gewicht zu sparen.

Um den optischen Strahlengang voll nutzen zu können, sollten die optischen Elemente größer als der optische Strahlengang sein. Um möglichst alle verfügbaren Fluoreszenzfarbstoffe nutzen zu können, sollten die optischen Komponenten, insbesondere die einschwenkbaren optische Elemente den adäquaten Spektralbereich nutzen und je nach Bedarf für den sichtbaren und/oder UV- und/oder IR-Spektralbereich und/oder einem Teilbereich davon ausgelegt sein.

Die optische Ergonomie wird durch eine vorzugsweise vibrations- und erschütterungsarme Mechanik gewährleistet sein.

Die optischen Elemente, die in Transmission betrieben werden, werden bevorzugt zumindest zum Teil entspiegelt sein. Um interne Reflexe zu vermeiden, werden die Oberflächen der nicht optischen Teile bevorzugt zumindest zum Teil geschwärzt und/oder matt gemacht und/oder mit Licht absorbierenden Schichten und/oder Materialien bedeckt.

Zu den einschwenkbaren optischen Elementen gehören vorzugsweise Linsen, Spiegel, Filter, DOEs (Difractive Optical Element), einfache optische Gitter, Strahlteiler oder Blenden. Bei den Blenden kann es sich um Schlitz-, Sieb-, Rund-, Viereck- oder Lochblenden oder anders gestaltete Blenden handeln, bei den Filtern um Interferenz-, Kanten-, Färb- oder Bandfilter oder Bandsperren oder ND(neutral density)-Filter. Die Filter können auch vorzugsweise für Fluoreszenzanregung oder Fluoreszenzbeobachtung, insbesondere der Fluoreszenzfarbstoffe ALA5 oder ICG, geeignet sein. ALA5 kann für intraoperative Darstellung von Glioblastomen oder anderem Krebsgewebe, ICG für intraoperative Darstellung von Aneurysmen verwendet werden. Auch weitere Filter für Erkennung und/oder Behandlung vom kranken Gewebe können verwendet werden.

Anderseits sollten die Transmissionskennlinien der optischen Elemente für spektralneutrale Anwendungen in dem verwendeten Spektralbereich weniger als 25%, bevorzugt weniger als 10%, weiter bevorzugt weniger als 5% von einer spektral unabhängigen Kennlinie abweichen.

Wechsler, die als Ersatz und Verbesserung für die Galilei- Vergrößerungswechsler fungieren, sollen zwei Sätze Linsen enthalten, wobei die Linsen der Bedingung dij = |fj + f]| vorzugsweise für alle i und j genügen, wobei d: der Abstand der Linsen voneinander im eingeschwenkten Zustand im Strahlengang, f: die Brennweite der Linse, i: der Index für die Linsen eines ersten Linsensatzes und j: der Index für die Linsen eines zweiten Linsensatzes ist. Selbstverständlich können die- se Linsen auch durch eine Translationsbewegung in den optischen Strahlengang eingebracht werden. Diese Wechsler zeichnet vorzugsweise aus, dass die Hälfte der Foki aller Linsen im Strahlengang im Wesentlichen in einem Punkt zusammenfallen. Beide Linsensätze können die gleiche Anzahl von Linsen enthalten, bevorzugt ist diese Anzahl 2, 3, 4 oder 5. Sie können aber auch eine verschiedene Anzahl von Linsen enthalten. Es bedarf hier der Klarstellung, dass immer wenn in dieser Schrift von einer Linse gesprochen wird, nicht nur die einzelne Linse gemeint ist, sondern auch Kitglieder, Linsendubletts und -tripletts oder auch Linsensysteme, in den Linsen beabstandet angeordnet sind, ausschlaggebend ist die resultierende positive oder negative Brechkraft. Daher können die Hauptebenen der Linsen zumindest zum Teil ohne Weiteres außerhalb der Linsen liegen, was besonders einfach ist, wenn die „Linse" ein Linsensystem ist, z. B. nachempfunden dem Tele- oder Retrofokus-Objektiv. Dadurch kann erreicht werden, dass die Linsen eines Linsensatzes in Strahlrichtung gesehen näher aneinander liegen als die dazugehörigen Haupt-ebenen.

Ein Wechsler kann aus mehreren Teilwechslern bestehen und es kann z. B. je ein Satz Linsen in je einem Teil Wechsler untergebracht werden.

Sinnvollerweise sind die Linsen bevorzugt bezüglich optischer Fehler korrigiert. Die optische Korrektur kann in Verwendung von DOEs, Kitgliedern, Linsendubletts und -tripletts oder Linsensystemen, in den Linsen beabstandet angeordnet sind, resultieren.

Um den neuartigen Galilei- Wechsler mit durchgehend variabler Vergrößerung auszustatten, wird dieser bevorzugt um mindestens eine Linse variabler Brechkraft erweitert. Diese mindestens eine Linse variabler Brechkraft kann einen Linsensatz im Wechsler ersetzen, wenn sie oder eine andere Linse beweglich entlang des Strahlengangs angeordnet wird oder einen Zoom bilden, wenn beweglich angeordnet oder stationär aber zusammen mit mindestens einer anderen Linse variabler Brechkraft. Im Falle des Zooms mit zwei stationären Linsen variabler Brechkraft oder bei optischer Korrektur einer Linse variabler Brechkraft durch eine andere, werden die mindestens zwei Linsen variabler Brechkraft gegenläufig angesteuert werden, also wenn die Brechkraft einer Linse erhöht wird, wird die Brechkraft der anderer Linse kleiner gemacht und umgekehrt. Daraus ergibt es sich, dass mindestens ein optischer Fehler, der aus der Kombination der mindestens zwei Linsen variabler Brechkraft resultiert, kleiner ist als die Summe der gleichen optischen Fehler der Einzellinsen und sogar kleiner ist als der gleiche optische Fehler jeder der Linsen variabler Brechkraft einzeln. Der Zoombereich des Zooms mit den Linsen variabler Brechkraft deckt bevorzugt mindestens den jeweiligen Bereich zwischen den benachbarten Vergrößerungsstufen des Wechsler ab.

Die Linsen variabler Brechkraft können eine Flüssigkeit und/oder ein Flüssigkristall und/oder ein Polymer und/oder ein Elektropolymer und/oder zwei oder mehr Flüssigkeiten enthalten und/oder nach dem electrowetting Prinzip arbeiten. Die letzten weisen besonders gute Korrektureigenschaften auf, wenn sie zwei optisch wirksame Grenzflächen aufweisen.

Besteht ein Wechsler aus mehreren Teilwechslern, sind sie bevorzugt nicht starr miteinander verbunden. Sie können sehr wohl miteinander zumindest teilweise oder zeitweise gekoppelt sein und beim Durchstimmen unterschiedliche Geschwindigkeiten aufweisen. Z. B. kann die eine Geschwindigkeit ein ganzzahliges Vielfaches der anderen Geschwindigkeit sein.

Bei einem Wechsler bestehend aus zwei Teilwechslern kann die Verstimmung über die Elemente folgendermaßen aussehen: zuerst wird ein Teilwechsler in einer Stellung festgehalten mit einem ersten optischen Element im Strahlengang, während der andere Teilwechsler alle seine möglichen Stellungen (mit jeweils einem anderen optischen Element im Strahlengang) nacheinander einnimmt, anschließend nimmt der erste Teilwechsler seine nächste Stellung mit einem nächsten optischen Element im Strahlengang ein und dann nimmt der andere Teilwechsler wieder alle seine möglichen Stellungen nacheinander ein.

Bei einem Wechsler bestehend aus zwei Teilwechslern und einem Zoom aus Linsen variabler Brechkraft kann die Verstimmung über die Elemente folgendermaßen aussehen: zuerst werden beide Teilwechsler in einer Stellung festgehalten mit je einem optischen Element im Strahlengang, während der Zoom seinen Bereich vorzugsweise im Umfang eines Zwischenbereiches zwischen den einzelnen Vergrößerungen der Teilwechsler durchfahrt, anschließend behält der erste Teilwechsler seine Stellung bei mit dem ersten optischen Element im Strahlengang, und der andere Teilwechsler nimmt seine nächste Stellung mit einem nächsten optischen Element im Strahlengang ein, der Zoom wird zurückgesetzt und fahrt anschließend seinen Bereich ab, dies wird wiederholt bis der zweite Teilwechsler alle seine möglichen Stellungen nacheinander eingenommen hat, dann nimmt der erste Teilwechsler seine nächste Stellung ein und die Verstimmung des zweiten Teilwechslers und des Zooms beginnt von vorne. Der erfindungsgemäße Wechsler kann in einem Operationsmikroskop, einem Stereomikroskop, einem Mikroskop, einem Endoskop, einem Stereoendoskop, einer Kopflupe, einem Kopfinikro- skop, einer Kamera, einer Videokamera, einer Webcam, einem Kopierer, einem Bioscanner, einem Barcodereader oder einem Scanner Verwendung finden.

Einige bevorzugte Ausfuhrungsformen werden an Hand der nachfolgenden Zeichnungen näher beschrieben.

Fig. 1 Ein Filterrad für einen Monostrahlengang als Stand der Technik

Fig. 2 Zwei Filterräder für einen Stereostrahlengang als Stand der Technik

Fig. 3 Ein Ein-Filter- Wechsler für einen Stereostrahlengang. Ansicht von oben in oder gegen die Richtung der Strahlengänge. a) im ausgeschwenkten Zustand b) im eingeschwenkten Zustand

Fig. 4 Ein Zwei-Filter- Wechsler für einen Stereostrahlengang. Ansicht von oben in oder gegen die Richtung der Strahlengänge. a) im ausgeschwenkten Zustand b) im eingeschwenkten Zustand c) im ausgeschwenkten Zustand beim Vorhandensein eines 90°-Beobachters b) im eingeschwenkten Zustand beim Vorhandensein eines 90°-Beobachters

Fig. 5 Ein Vier-Filter- Wechsler für einen Stereostrahlengang. Ansicht von oben in oder gegen die Richtung der Strahlengänge.

Fig. 6 Ein Sechs-Filter- Wechsler für einen Stereostrahlengang mit verschiedener Wahl der Strahlendurchgänge a) mit zwei Filtern zwischen den Strahlengängen b) mit keinem Filter zwischen den Strahlengängen c) mit einem Filter zwischen den Strahlengängen Ansicht von oben in oder gegen die Richtung der Strahlengänge. Fig. 7 Beispielhafte Anordnung von Wechslern in optischen Strahlengängen optischer Vorrichtungen. Ansicht von der Seite, senkrecht zu der Richtung der Strahlengänge. a) Zwei Wechsler übereinander in einem Stereostrahlengang z. B. eines Stereomikroskops b) Ein Wechsler in zwei räumlich zusammenhängenden Strahlengängen, einem Beleuch- tungs- und einem Beobachtungsstrahlengang. c) Ein nichtplaner Wechsler in zwei räumlich zusammenhängenden Strahlengängen

Fig. 8 Ein nichtplaner Wechsler in einem optischen Strahlengang. a) Einfacher Wechsler b) Doppelte Wechsleranordnung mit räumlich getrennten Rotationsvorrichtungen beidseitig des Strahlenganges c) Doppelte Wechsleranordnung mit einer Rotationsachse für einem Strahlengang (Wechsler vorzugsweise entkoppelt) d) Doppelte Wechsleranordnung mit einer Rotationsachse für einem Stereostrahlengang (Wechsler vorzugsweise gekoppelt) e) Doppelte Wechsleranordnung mit räumlich getrennten Rotationsvorrichtungen einseitig des Strahlenganges mit Linsen

Fig. 9 Wechsler mit Linsen in verschiedenen Positionen im Strahlengang. a) Linse 1 in der oberen Position am Träger b) Linse 2 in der unteren Position am Träger

Fig. 10 Ein weiterer (Galilei-) Wechsler mit zwei beweglichen Rotationsscheiben und unterschiedlich hohen Anordnungen der optischen Elemente (Linsen)

Fig. 11 Hilfszeichnung zur Anordnung der Linsen in dem neuartigen Galilei- Wechsler.

Fig. 12 Kombination von planem Galilei- Wechsler mit Zoom mit Linsen variabler Brechkraft.

Fig. 13 Kombination von nichtplanem Galilei- Wechsler mit Zoom mit Linsen variabler Brechkraft.

Fig. 14 Kompakter Galilei- Wechsler mit Faltung und doppelter Verwendung der Linsenpaare. Fig. 15 Zweifach-Kaskade aus dem Galilei- Wechsler nach Fig. 14 mit Analog-Zoom mit Linsen variabler Brechkraft.

Fig. 16 Vergrößerungswechsler nach Prinzip Fig. 11 mit doppelter Anzahl an Vergrößerungsstufen, 90°-Anordnung

Fig. 17 Vergrößerungswechsler nach Prinzip Fig. 11 mit doppelter Anzahl an Vergrößerungsstufen, 180°- Anordnung

Ein Filterrad 100 ist in Fig. 1 als ein erstes Beispiel für den Stand der Technik bei den Wechslern für optische Elemente dargestellt. Der Filterträger 101 kann um die Achse 103 rotierend bewegt werden und fügt dabei eins der Filter 120, 121, 122, 123, 124 und 125 in den optischen Strahlengang 104 ein und/oder entfernt den Filter. Die Filter 120, 121, 122, 123, 124 und 125 sind im Allgemeinen voneinander verschieden. Der Filter 120 befindet sich in der aktiven Stellung im Strahlengang 104, die Filter 121, 122, 123, 124 und 125 befinden sich in nicht aktiver Stellung außerhalb des Strahlenganges. Die Anzahl der Filter auf dem Träger kann je nach Anwendung erheblich von den hier als Beispiel dargestellten sechs Filtern abweichen.

Fig. 2 stellt mit dem Doppelwechsler 200 ein weiteres Beispiel für den Stand der Technik dar. Ein Stereostrahlengang oder zwei räumlich zusammenhängende Strahlengänge 204, 204' werden überlagert jeweils von einem der Filter 220 und 220' respektive, aus einer Auswahl von hier jeweils sechs Filtern 220, 221, 222, 223, 224, 225 und 220', 221', 222', 223', 224', 225' angeordnet respektive auf den Trägern 201 und 201' zweier Filterräder. Die Filter 220 und 220' befinden sich in der aktiven Stellung in den Strahlengängen 204 und 204' respektive, die Filter 221, 222, 223, 224, 225 und 221', 222', 223', 224', 225' befinden sich in nicht aktiver Stellung außerhalb des Strahlenganges. Auch hier sind die Filterräder rptierbar um die Achsen 203 und 203' angeordnet. Sofort augenfällig ist der große seitliche Platzbedarf der Anordnung, der den Platzbedarf der beiden Stereostrahlengänge um ein Vielfaches übersteigt. Würde man eine Verbindungslinie zwischen den Schnittstellen der optischen Achsen der Strahlengänge 204 und 204' ziehen (diese Schnittstellen sind jeweils in der Mitte der Strahlengänge 204 und 204', nicht in der Zeichnung dargestellt), und dann zwei parallele Linien durch diese Schnittstellen senkrecht zu dieser Verbindungslinie zeichnen, so befänden sich die Rotationsachsen der Wechsler nach Stand der Technik eindeutig weit außerhalb der Fläche zwischen den beiden parallelen Linien, die durch die Er- findung beansprucht wird.

Fig. 3 stellt eine erste erfindungsgemäße Ausfuhrungsform 300 eines Wechslers dar. Der mechanische Träger 301 für die optischen Elemente, hier ein Filter 320, ist deutlich kleiner ausgefallen als in den Fig. 1 und 2. Auch andere Formen des Trägers sind möglich. Der Träger soll lediglich im ausgeschwenkten, nicht aktiven Zustand des Filters auf alle Fälle die Stereo- oder die zwei räumlich zusammenhängenden Strahlengänge 304, 304' freigeben. Der Träger 301 und Filter 320 sind um die Achse 303 rotierbar beweglich. Fig. 3a stellt die Anordnung mit dem Filter 320 in nicht aktiven, ausgeschwenkten Zustand, Fig. 3b in dem aktiven, in den einen Strahlengang 304 eingeschwenkten Zustand dar. Das mit 310 angedeutete Gehäuse der die Strahlengänge enthaltenden Vorrichtung (z. B. ein Operationsmikroskop) hilft zu erkennen, dass der Filter 320 im nicht aktiven Zustand den ohnehin vorhandenen, durch die runde Gehäuseform vorgegebenen und auch für andere Vorrichtungsinfrastruktur genutzten seitlichen Raum nutzt, wobei das eingenommene Volumen äußerst gering ist. Es ist sofort klar, dass kein oder nur minimal zusätzlicher Platz für den Wechsler reserviert werden muss. Die optischen Achsen der Strahlengänge 304 und 304' befinden sich jeweils in deren Mitte und sind nicht explizit eingezeichnet.

Fig. 4 stellt eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform 400 eines Wechslers dar. Der mechanische Träger 401 für die optischen Elemente nimmt die beiden optischen Elemente, hier Filter 420 und 420' auf. Diese Anordnung ist wieder um die Achse 403 rotierbar beweglich. Fig. 4a zeigt die Anordnung im nicht aktiven, ausgeschwenkten Zustand. Wie bereits in Fig. 3 a gesehen, nimmt die Anordnung nur den ohnehin vorhandenen, überschüssigen Platz innerhalb des Gehäuses 410 in Anspruch. In Fig. 4b wurden die Filter 420 und 420' in die Strahlengänge 404 und 404' respektive eingeschwenkt. Die Filter 420 und 420' können gleiche aber auch verschiedene Charakteristiken aufweisen. Gleiche Charakteristiken sind nahe liegend aber nicht unbedingt zwingend, wenn es sich bei den Strahlengängen 404 und 404' um einen Stereostrahlengang handelt. Sind die Strahlengänge 404 und 404' lediglich zwei räumlich zusammenhängende Strahlengänge, z. B ein Beobachtungs- und ein Beleuchtungsstrahlengang, so sind verschiedene Filtercharakteristiken naheliegend, auch wenn wiederum nicht unbedingt zwingend. Mit der gleichen Argumentation wie bei der Beschreibung der Fig. 3, ist es sofort klar, dass kein zusätzlicher Platz für den Wechsler reserviert werden muss. Sollte ein weiterer Bedarf an Filtern vorhanden sein, können zwei oder mehr solche Wechsler übereinander angeordnet werden. Sie werden dann bevorzugt unabhängig von einender angesteuert und einzeln oder in Gruppen in die Strahlengänge eingeschwenkt. Die in den Fig. 3a, 3b, 4a und 4b dargestellten Strahlengänge könnten Stereostrahlengänge eines einfaches Operationsmikroskopes oder eines mit einem Haupt- und einem 180°-Mitbeobachter sein. Es könnte auch beides zutreffen und der Wechsler enthielte statt Filter Strahlteiler, die die Strahlengänge für den Haupt- und den 180°-Mitbeobachter aufteilen. Ohne den Mitbeobachter hätte der Hauptbeobachter mit den ausgeschwenkten Strahlteilern des Wechslers die volle Lichtintensität und damit eventuell eine bessere Ergonomie oder er könnte mit geringerer Lichtintensität bei gleicher Sichtbarkeit arbeiten, was sich als besonders Patienten schonend erweisen könnte. Bei Bedarf könnte aber der Mitbeobachter zugeschaltet werden. Es ist aber auch klar, dass die Strahlteiler nicht flach in der Rotationsebene des Wechsler liegen würden, sonder in den meisten Fällen gegen die Rotationsebene geneigt wären.

Eine weitere Variante der erfindungsgemäße Ausführungsform 450 eines Wechslers stellen die Fig. 4 c und 4d dar. Innerhalb des Gehäuses 460 befinden sich hier zwei Stereostrahlengänge oder vier räumlich zusammenhängende Strahlengänge, oder ein Stereostrahlengang und zwei räumlich zusammenhängende Strahlengänge 454, 454', 456 und 456'. Es könnte sich hierbei um ein Operationsmikroskop mit einem Hauptbeobachter und einen 90°-Mitbeobachter handeln (bei zwei Stereostrahlengängen). Neben der Rotationsachse 453 für den gesamten Wechsler, befindet sich z. B. im Träger 451 eine weitere Rotationsachse (nicht in Fig. 4c oder 4d dargestellt). Die Einschwenkbewegung der optischen Elemente besteht nun nicht nur aus der Rotation des gesamten Wechslers, sondern zusätzlich eines Teiles des Trägers 451 um z. B. 90° um diese zweite Achse. In der nicht aktiven Stellung des Wechslers in Fig. 4c befinden sich die optischen Elemente 470 und 470' außerhalb der Strahlengänge, parallel zu den Strahlengängen und gleichzeitig zwischen den Strahlengängen. Durch die oben beschriebene doppelte Rotationsbewegung werden die optischen Elemente in die Strahlengänge eingeschwenkt mit dem Ergebnis wie in Fig. 4d dargestellt. Eine zusätzliche ähnliche Wechsleranordnung unter einem Winkel von 90° zu dem Träger 451 würde die Anzahl der Filter/optischen Elemente verdoppeln. Auch diese Anordnungen können über einander, z. B. an unterschiedlichen Stellen innerhalb der Gesamtvorrich- tung entlang des Strahlenganges angeordnet werden.

Fig. 5 stellt eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform 500 eines Wechslers dar. Der mechanische Träger 501 für die optischen Elemente nimmt die vier optischen Elemente, hier Filter 520, 520', 521 und 521' auf. Diese Anordnung ist wieder um die Achse 503 rotierbar beweglich. Die Stereo- oder die zwei räumlich zusammenhängenden Strahlengänge 504, 504' werden beim Durchrotieren des Wechslers 500 durch zwei verschiedene Paare von optischen Elementen 520, 520', 521 und 521' überlagert, wobei die 520 und 520', bzw. die 521 und die 521' gleich sind, oder durch vier vorzugsweise verschiedene optische Elemente 520, 520', 521 und 521' überlagert. Bei der Vorrichtung könnte es sich um ein einfaches Operationsmikroskop oder eines mit einem Haupt- und einem 180°-Mitbeobachter handeln, ähnlich der Situation in den Fig. 3 und 4a und 4b.

Bei den erfindungsgemäßen Anordnungen aus den Fig. 3 bis 5 handelte es sich um Anordnungen mit der Rotationsachse in der Mitte zwischen den Strahlengängen bei einem kleinen Abstand zwischen den Strahlengängen. Ein Abstand zwischen den Strahlengängen ist klein, wenn er kleiner als die Ausdehnung des Strahlenganges ist. Dabei ist als der Abstand zwischen den Strahlengängen der Abstand zwischen den nächsten Punkten der jeweiligen Strahlengänge zu nehmen.

Fig. 6 stellt beispielhaft verschiedene Relativanordnungen zwischen den Strahlengängen eines Stereostrahlengangs oder zwei räumlich zusammenhängenden Strahlengängen und dem erfindungsgemäßen Wechsler bei mehr als vier (hier sechs) optischen Elementen im Wechsler dar. In der Fig. 6a befindet sich die Rotationsachse 603a in der Mitte zwischen den Strahlengängen 604a und 604a' bei einem großen Abstand zwischen den Strahlengängen. Ein Abstand zwischen den Strahlengängen ist groß, wenn er größer als die Ausdehnung des Strahlenganges ist. Dabei ist als der Abstand zwischen den Strahlengängen der Abstand zwischen den nächsten Punkten der jeweiligen Strahlengänge zu nehmen. In den Fig. 6b und 6c befindet sich die Rotationsachse 603b und 603c respektive nicht in der Mitte zwischen den Strahlengängen 604b und 604b ¹ und 604c und 604c' respektive, sondern wesentlich außerhalb der Verbindungslinie der optischen Achsen (nicht eingezeichnet) der optischen Strahlengänge. Der Vorteil der Anordnungen in der Fig. 6 gegenüber den aus den Fig. 3 bis 5 ist die größere Anzahl der möglichen optischen Elemente 620a bis 625a, 620b bis 625b oder 620c bis 625c im Wechsler, leicht nachteilig ist jedoch die Tatsache, dass der Wechsler zwar nicht unbedingt wesentlich, doch merklich außerhalb des ohnehin vorhandenen Innenvolumens der Vorrichtung Platz findet. Zwischen den Strahlengängen des Stereostrahlengangs oder zwischen den zwei räumlich zusammenhängenden Strahlengängen befinden sich zwei (Fig. 6a), kein (Fig. 6b) und ein (Fig. 6c) optisches Element des Wechslers. Die Anzahl der optischen Elemente kann auch von sechs verschieden sein.

Der Abstand der Strahlengänge und die Anzahl der benötigten optischen Elemente im Wechsler kann die gewählte Anordnung bestimmen. Je nach vorliegender Situation kann es besonders vor- teilhaft sein, eine ganz bestimmte der in den Fig. 3 bis 6 vorgestellten oder in der Beschreibung angedeuteten Anordnungen auszuwählen, insbesondere die Anordnungen mit übereinander angeordneten Teilwechslern. Dabei sind bereits alle dieser Lösungen dem Stand der Technik überlegen.

Fig. 7 stellt einige Beispiele der möglichen relativen Anordnung von mindestens einem Wechsler und den Strahlengängen des Stereostrahlengangs oder den zwei räumlich zusammenhängenden Strahlengängen dar, wie sie in Praxis vorkommen können. In Fig. 7a ist eine sehr vereinfachte Darstellung 700a eines Stereomikroskops, insbesondere eines Operationsmikroskops zu sehen. Die beiden Wechsler 790a und 790a' sind übereinander positioniert zwischen dem Objektiv 730a und den bilderzeugenden Linsen 731a und 731a' innerhalb der beiden Strahlengänge 704a und 704a' des Stereostrahlengangs. Die Wechsler können eine gemeinsame Achse 703a besitzen, sollen aber zumindest zum Teil unabhängig voneinander bewegt werden können. Die Wechsler beeinflussen die optische Abbildung des in der Objektebene 735a angeordneten Objektes wie sie durch die Beobachteraugen oder optische Detektoren 732a und 732a' in den Bildebenen 733a und 733 a' wahrgenommen bzw. detektiert werden. Normalerweise besitzen Operationsmikroskope viele weitere Elemente, die hier aus Übersichtlichkeitsgründen nicht dargestellt worden sind, z. B. die für die Beobachtung mit den Augen benötigten Okulare. Im Falle des Detektors 732a ist dieser in der Bildebene 733a positioniert, im Falle eines Auges betrachtet dieses das Bild in der Bildebene 733a durch ein Okular (nicht im Bild) und ist von dem Bild beabstandet.

In Fig. 7b sind als zwei räumlich zusammenhängende Strahlengänge, die über eine gewisse Strecke parallel zueinander verlaufen, ein Beobachtungs- und ein Beleuchtungsstrahlengang eines Mikroskops 700b zu sehen. Der Wechsler ist innerhalb der parallel verlaufenden Strahlengänge positioniert. Bei dem Strahlengang 704b handelt es sich um den oder um einen Beobachtungsstrahlengang des Mikroskops und bei dem 704b ¹ um den Beleuchtungsstrahlengang. Beide Strahlengänge werden durch den Strahlteiler 740b zusammengeführt, wobei der Beleuchtungsstrahlengang zuerst durch den Spiegel 741b um 90° umgelenkt wird, und verlaufen zusammen zwischen dem Strahlteiler und der Objektebene 735b. Die Beleuchtung erfolgt durch die Lichtquelle 734b, die durch die Linse 736b abgebildet wird, die Beobachtung durch die bildgebende Linse 73 Ib hindurch mit dem Auge oder dem elektronischen Optikdetektor 732b. Im Falle des Detektors 732b ist dieser in der Bildebene 733b positioniert, im Falle des Auges betrachtet dieses das Bild in der Bildebene 733b durch ein Okular (nicht im Bild) und ist von dem Bild beabstandet. In Fig. 7c sind wieder zwei räumlich zusammenhängende Strahlengänge zu sehen. Sie verlaufen z. T. senkrecht zu einander bis sie durch den Strahlteiler 740c zusammengeführt werden und verlaufen dann zusammen zwischen dem Strahlteiler und der Objektebene 735c. Bei dem Strahlengang 704c handelt es sich um den Beobachtungsstrahlengang eines Mikroskops (hier als Mono- strahlengang gezeichnet) und bei dem Strahlengang 704c' um den Beleuchtungsstrahlengang. Die Beleuchtung erfolgt durch die Lichtquelle 734c, die durch die Linse 736c abgebildet wird, die Beobachtung durch die bildgebende Linse 73 Ic hindurch mit dem Auge oder dem elektronischen Optikdetektor 732c. Im Falle des Detektors 732c ist dieser in der Bildebene 733c positioniert, im Falle des Auges betrachtet dieses das Bild in der Bildebene 733 c durch ein Okular (nicht im Bild) und ist von dem Bild beabstandet. Der Wechsler nimmt hier eine andere Form an. Seine Achse 703c steht hier unter einem Winkel von 45° zu beiden Strahlengängen 704c und 704c ¹ . Die optischen Elemente 720c und 720c', hier als Filter dargestellt, bilden ebenfalls einem Winkel von 45° zu der Rotationsachse. In der aktiven, eingeschwenkten Stellung, stehen sie senkrecht zu den jeweiligen, ihnen zugehörigen Strahlengängen, wie in der Abbildung dargestellt. Bei einer Rotation um 90° verlassen sie die Strahlengänge und beeinflussen diese nicht mehr (nicht dargestellt). Auch ein Wechsler mit vier optischen Elementen ist möglich. In einem solchen Falle werden die Elemente gegen zwei andere Elemente beim Durchrotieren des Wechslers ausgetauscht, falls die Elemente gleichmäßig auf dem Wechsler angeordnet sind. Auch eine Bestückung mit noch mehr Elementen ist denkbar, wobei auch ein Platzhalter als Element zählen kann. In solchen Fällen muss der Träger für die optischen Elemente größer ausfallen, um genügend Abstand zwischen den Elementen zu gewährleisten.

Die Fig. 8 kann in Anlehnung an die Fig. 7c gesehen werden. In Fig. 8a liegt der gleiche Wechsler wie in Fig. 7c vor. Dieser entfaltet seine Wirkung allerdings nur auf einen Strahlengang (804a). Der Wechsler ist um die Achse 803a rotierbar. Die Achse 803a schließt mit dem Strahlengang 804a einen Winkel von 45° ein. Die optischen Elemente, hier die Filter 820a und 820a' sind auf dem Träger 801a montiert. Der Vorteil ist auch in diesem Fall sofort ersichtlich. Während der Filter 820a in aktiver Stellung im Strahlengang verbleibt, ist der nicht aktive Filter 820a' in einer Position parallel zum Strahlengang geparkt und nimmt dadurch kaum zusätzlich Platz in Anspruch, da der Strahlengang sich ohnehin in diese Richtung ausdehnt. Verglichen mit dem Stand der Technik bedeutet diese Lösung nur eine nahezu unbedeutende „Verdickung" des Strahlenganges, wohingegen im Stand der Technik seitlich gleich Platz für mehr als zwei, stellenweise für mehr als vier Strahlengänge beansprucht wird. Die dargestellte Lösung lässt sich vielfältig variieren. So können auf der gleichen Achse 803c auch zwei oder mehr Wechsler, z. B 890c und 891c in Fig. 8c, vorzugsweise unabhängig voneinander beweglich, montiert werden. Jeder der Wechsler kann mindestens ein optisches Element enthalten, möglich ist jede kleine, insbesondere einstellige Zahl, hier in Fig. 8c sind zwei optische Elemente pro Wechsler montiert: 820c und 820c ¹ auf dem Träger 801c in dem Wechsler 890c, 860c und 860c' auf dem Träger 801c' in dem Wechsler 891c.

Eine Variation der Anordnung aus Fig. 8a wäre ein Wechsler mit mindestens einem Strahlteiler, der in der aktiven Stellung den Strahlengang unter dem Winkel α schneidet und beim Durchrotie- ren des Wechslers mindestens einmal im Wesentlichen parallel zum Strahlengang positioniert ist. Die Rotationsachse dieses Wechslers stünde unter dem Winkel von α/2 zum Strahlengang.

Es können auch Wechsler 890b und 891b mit den Trägern 801b und 801b' und den jeweils dazu zugehörigen optischen Elementen 820b und 820b' wie auch 860b und 860b' voneinander getrennt, mit verschiedenen Achsen 803b und 803b' montiert werden, wie in Fig. 8b. Sie können nicht nur wie hier beidseitig, sondern auch auf der gleichen Seite des Strahlenganges mit verschiedenen Ausrichtungen montiert werden. So könnte der Wechsler 891b mit dem Träger 801b' nach unten angeordnet werden (s. auch Fig. 13).

Will man einen Wechsler wie in Fig. 8a in einem Stereostrahlengang betreiben, kann man die Lösung aus Fig. 8d verwenden. Die beiden Wechsler 89Od und 89 Id sind auf einer gemeinsamen Achse 803d gelagert und die optischen Elemente könnten ebenfalls auf einem gemeinsamen Träger montiert werden, statt wie hier auf zwei verschiedenen Trägern 80 Id und 80 Id'. Sie wären also in einem Stereostrahlengang 804d und 804d' vorzugsweise, wenn auch nicht zwingend, miteinander gekoppelt und nicht unabhängig von einander beweglich. Bei zwei räumlich zusammenhängenden Strahlengängen 804d und 804d', die keinen Stereostrahlengang bilden, wären die beiden Wechsler allerdings vorzugsweise, wenn auch nicht zwingend, nicht miteinander gekoppelt und unabhängig von einander beweglich.

Ersetzt man in Fig. 8b die optischen Elemente durch Linsen und positioniert, bevorzugt aber nicht notwendig, einen Wechsler weiter unten im Strahlengang, dazu ebenfalls bevorzugt aber nicht notwendig um 90° gedreht, erhält man wie in Fig. 8e einen modifizierten neuartigen Galilei-Wechsler 800e. Die Teilwechsler 89Oe und 89 Ie sind in diesem Beispiel auf der gleichen Seite des Strahlenganges angeordnet, die Achsen 803e und 803e' sind voneinander beabstandet und parallel. Der Teilwechsler 89Oe weist als optische Elemente Linsen positiver Brechkraft 82Oe und 82Oe ¹ montiert auf dem Träger 80 Ie, der Teilwechsler 89 Ie weist als optische Elemente Linsen negativer Brechkraft 86Oe und 86Oe' montiert auf dem Träger 80 Ie' auf. Damit ist ein Galilei-Wechsler mit genauso vielen Stufen möglich, wie die Anzahl der Linsenpaare mit je einer Linse positiver und negativer Brechkraft. Damit weist die Anordnung nur den Vorteil kleiner Drehmomente gegenüber dem Stand der Technik auf. Die Anzahl der Stufen bleibt in kleinem einstelligem Bereich wie bei dem klassischen Galilei- Wechsler, bei dem die Linsen außen auf einer zylindrischen Walze angeordnet werden.

Ordnet man aber die Linsen auf dem Träger derart an, dass sie an unterschiedlichen, aber definierten Stellen in den Strahlengang eingebracht werden, so wie in Fig. 9 gezeigt, so kann die Anzahl der Stufen quadriert werden. In Fig. 9a befindet sich die Linse 920 am oberen Ende des Trägers 901 im Strahlengang 904 an der Stelle A, die Linse 920' montiert am unteren Ende des Trägers 901 befindet sich außerhalb des Strahlengangs 904. Rotiert man den Wechsler 900 um die Achse 903 um 180°, befindet sich die Linse 920' im Strahlengang 904 an der Stelle B in einem Abstand d (nicht explizit eingezeichnet) von der Stelle A.

Fig. 10 zeigt eine weitere Variante 1000 des neuartigen Galilei- Wechslers. Sie besteht aus zwei planen Teilwechslern 1090 und 1091, die hier mit Scheiben 1001 und 1001' als Träger ausgebildet sind und die in Fig. 10 von der Seite zu sehen sind. Jeder der Teilwechsler weist mindestens zwei Linsen auf, der Teilwechsler 1090 die Linsen 1020 und 1020', der Teilwechsler 1091 die Linsen 1060 und 1060', die unterschiedlich hoch bezüglich der Träger 1001 und 1001' respektive angeordnet sind. Die beiden Teilwechsler sind auf der Achse 1003 angeordnet, wobei sie vorzugsweise zumindest teilweise voneinander unabhängig beweglich sind. Die Linsen 1020 und 1060 befinden sich in der aktiven Position im Strahlengang 1004, die Linsen 1020' und 1060' befinden sich in der nicht aktiven Position außerhalb des Strahlengangs 1004.

Die Funktionsweise des neuartigen Galilei- Wechslers, z. B. nach Fig. 8e und 9 oder nach Fig.10, lässt sich an Hand der Fig. 11 verstehen. F ist der gemeinsame Fokus der Linsen Li, L2, L3, L ₄ , L5, LO, L ₇ und L8, die sich jeweils im Abstand di=|fi|, d6=|fό|, d ₇ =| von F respektive, auf einer Seite von F befinden. Dabei handelt es sich bei L5, LO, L7 und Le um virtuellen Fokus. Wir betrachten vorläufig der Einfachheit halber dünne Linsen. Je nach Anforderungen können die Linsen, insbesondere die positiven, gleich große Durchmesser haben. Die Größe der Negativlinsen kann an die Abmessungen des Strahlengangs angepasst sein. Kombiniert man eine beliebige dieser Positivlinsen mit einer beliebigen dieser Negativlinsen, so ist mit |fi + fj| = dij die Bedingung für Afokalität erfüllt, wobei f: die Brennweite der Linse, i: der Index für den ersten Satz der Linsen, z. B. hier für die positiven Linsen und j: der Index für den zweiten Satz der Linsen, z. B. hier für die negativen Linsen ist, und es liegt ein afokaler Galilei- Wechsler vor.

Für gewöhnlich wird der eine Teilwechsler positive, der andere negative Linsen beinhalten. Ein Teilwechsler kann aber auch sowohl positive als auch negative Linsen enthalten. Dann gelten die Überlegungen wie für Fig. 11 für jede Teilmenge der Linsen gleicher Art (positiv/negativ) eines Teilwechslers einzeln. Die Anzahl der Vergrößerungsstufen halbiert sich bei dieser Anordnung allerdings.

Beide Teil Wechsler können auch Stellen, insbesondere je eine, die frei von Linsen sind, enthalten, durch die sich der Strahlengang ausbreiten kann. Befinden sich diese Stellen in dem Strahlengang, so wird er nicht beeinflusst und man erhält eine Vergrößerung gleich 1. Die Anzahl der möglichen Vergrößerungsstufen wird dabei aber bei gleicher Anzahl von optischen Elementen, wobei die freien Stellen ebenfalls als Elemente gelten, deutlich kleiner ausfallen, z. B. 10 statt 16 Vergrößerungsstufen bei insgesamt acht optischen Elementen, die nur Linsen sind.

Man kann mit der Anordnung nach Fig. 10 mit je sechs Linsen (drei Linsenpaare) pro Teil Wechsler beispielsweise in einem Stereostrahlengang einen 9-stufigen Galilei-Wechsler realisieren. Als weiterer Vorteil gegenüber dem klassischen Galilei- Wechsler neben der höherer Anzahl von Vergrößerungsstufen (9 statt 5 bei 12 statt 8 Linsen) gilt auch, dass größere Linsenabstände realisiert werden können, was höhere optische Qualität mit vergleichsweise einfachen Mitteln bedeuten kann, wobei die Drehmomente der Wechsleranordnung klein bleiben.

Da der Linsenversatz entlang des Strahlengangs oft größer ist als die Linsenabmessungen, kann der Galilei- Wechsler aus Fig. 10 derart abgewandelt werden, dass die Träger 1001 und 1001' nicht als Scheiben, sondern als direkte „Tannen-artige" Befestigung der Linsen an oder um die Achse 1003 ausgebildet sind. Es kann sogar einen Schritt weiter gegangen werden und jede Linse oder Linsenpaar (z. B. beim Stereostrahlengang) kann einzeln um die Achse 1003 in den Strahlengang eingeschwenkt werden oder sie kann auch z. B. linear eingeschoben werden, ähnlich der Lösungen in Fig. 3 oder Fig. 4a und b (sowohl für die dargestellten Stereo- oder zwei räumlich zusammenhängenden Strahlengänge, als auch für einzelne Strahlengänge) oder den in US 4,600,976, DE 198 32 973, US 3,255,666 und DE 197 02 967 für Filter. Es sollen nun einige Beispiele vorgestellt werden.

Eine Kombination, z. B. nach Fig. 8e mit Fig. 9 oder nach Fig. 10 aus drei positiven und drei negativen Linsen soll Vergrößerungsstufen in gleichmäßigen 1,2-Schritten anbieten. Die neun Vergrößerungsstufen sind in der Tabelle 1 angegeben, unter Aufführung der Linsen, für die die jeweilige Vergrößerungsstufe gilt.

Tabelle 1. Vergrößerungsstufen Wechsler mit drei positiven und drei negativen Linsen, 1,2- Schritt

Damit ergibt sich ein Vergrößerungs Wechsler mit 4,3-facher Vergrößerungsspanne V = Mmax / Mmin mit Mmax: maximale Vergrößerung, Mmin : minimale Vergrößerung, M(Li ₅ Lj): Vergrößerung mit den Linsen Li und Lj. Kommen noch zwei Stellen frei von Linsen hinzu, resultiert daraus eine Anzahl von zehn Vergrößerungsstufen und 5,2-fache Vergrößerungsspanne. Wählt man für die kleinste negative Linse die Brennweite f=-5mm, erhält man eine Gesamtlänge des Wechslers von 21mm (Voraussetzung: dünne Linsen). Die Entfernungen der Linsen entlang des Strahlengangs sind di2=4,3mm, d23=3,6mm, d34=3,0mm, d45=6,3mm und d56=3,6mm und weitere Brennweiten fi=25,8mm, f_=21,5mm, f3=17,9mm, f4=-14,9mm, f5=-8,6mm und f6=-5,0mm. Dies gilt für den Fall, dass die kleinen Schritte in der Vergrößerung auf den Wechsel der positiven Linsen zurückzufuhren ist. Der Fall, dass die kleinen Schritte in der Vergrößerung auf den Wechsel der negativen Linsen zurückzuführen ist, ist möglich und den leitet sich der Fachmann mit Leichtigkeit entsprechend her.

Erhöht man die Schrittlänge minimal von 1,2 auf 1,25 resultieren daraus folgende Vergrößerungsstufen:

Tabelle 2. Vergrößerungsstufen Wechsler mit drei positiven und drei negativen Linsen, 1,25- Schritt

und ein Vergrößerungswechsler mit 6-facher Vergrößerungsspanne. Kommen noch zwei Stellen frei von Linsen hinzu, resultiert daraus eine Anzahl von zehn Vergrößerungsstufen und 7,5-fache Vergrößerungsspanne. Wählt man für die kleinste negative Linse die Brennweite f=-5mm, erhält man eine Gesamtlänge des Wechslers von 31mm (Voraussetzung: dünne Linsen). Die Entfernungen der Linsen entlang des Strahlengangs sind di2=7,5mm, d23=6,0mm, d34=4,8mm, d45=9,3mm und d5 ₆ ⁼ 4,8mm.

Eine Kombination aus vier positiven und vier negativen Linsen soll Vergrößerungsstufen in gleichmäßigen 1,15-Schritten anbieten. Die sechzehn Vergrößerungsstufen sind in der Tabelle 3 dargestellt.

Tabelle 3. Vergrößerungsstufen Wechsler mit vier positiven und vier negativen Linsen, 1,15- Schritt

Damit ergibt sich ein Vergrößerungswechsler mit 8,1-facher Vergrößerungsspanne. Kommen noch zwei Stellen frei von Linsen hinzu, resultiert daraus eine Anzahl von siebzehn Vergrößerungsstufen und 9,4-fache Vergrößerungsspanne. Wählt man für die kleinste negative Linse die Brennweite von f=-2mm, erhält man eine Gesamtlänge des Wechslers von 16,7mm (Voraussetzung: dünne Linsen). Die Entfernungen der Linsen entlang des Strahlengangs sind d ₁ 2=2,4mm, d23=2,lmm, d34=l,9mm, d45=l,6mm, d56=4,6mm, d67=2,6mm und d ₇ 8=l,5mm.

Ordnet man dagegen die Linsen äquidistant oder nahezu äquidistant an, erscheinen die Vergröße- rungsstufen in durchaus unterschiedlich großen Abständen, was manche Stufen nicht ganz vollwertig erscheinen lässt, weil sie teilweise zu klein sind und anderseits unter den Aspekten aus den Fig. 12 und 13 (geforderter kleiner Zoombereich wegen optischer Fehler) wiederum zu groß sein könnten.

Wir haben der Einfachheit halber dünne Linsen betrachtet. Die Ergebnisse ändern sich nicht sehr stark bei Verwendung von realen Linsen, insbesondere bei Verwendung von Achromaten und Apochromaten oder anderen zusammengesetzten Linsen, deren zumindest teilweise Benutzung wegen der erforderlichen Korrektur optischer Fehler notwendig ist.

Will man aber, dass die Linsen eines Teilwechslers, z. B. wegen geringerer Unwucht, näher „an einander" in den Strahlengang eingebracht werden, wird man eine Anordnung bemühen, die die Hauptebenen wie beschrieben belässt (an der Stelle der dünnen Linsen), aber die die Linsen mit ihrem Platz in dem Strahlengang näher aneinander rücken lässt. Das kann z. B. dadurch geschehen, dass man Anordnungen verwendet, die an Tele- oder Retrofokus-Objektive angelehnt sind, da sich hier die Hauptebenen durchaus weit von den Linsen selbst befinden können, oder z.B. solche Anordnungen mit Kitgliedern kombiniert.

Es kann auch ein Wechsler als ein Kepler- Wechsler realisiert werden. In diesem Falle enthalten beide Teilwechsler positive Linsen und zwischen den Teilwechslern entsteht ein Zwischenbild. Es gilt auch hier mit |fi + f}| = dij die Bedingung für Afokalität. Eine Verwendung von Platzhaltern für Linsen ist ohne zuschaltbare Bildaufrichtung allerdings nicht möglich.

Die vorgestellten Galilei- Wechsler könnten in verschiedenen Modi angesteuert werden. In einem Schnellmodus könnten die Teilwechsler unabhängig voneinander in weniger als einer Umdrehung in die gewünschte Endstellung gesteuert werden, z. B. ein bestimmter Vergrößerungswert oder Minimal-/Maximalvergrößerung. Damit wäre das Überspringen einiger Vergrößerungsstufen möglich. Im Langsammodus dagegen würde der Wechsler mit den Linsen für den großen Vergrößerungsschritt abhängig von dem Wechsler mit den Linsen für den kleinen Vergrößerungsschritt erst nach dessen vollendeter Drehung einen Schritt weiter machen und somit alle Stufen nacheinander ohne Sprünge durchlaufen.

Angesichts der seit wenigen Jahren erhältlichen Linsen variabler Brechkraft, ist es nun möglich, diese für das Füllen der Vergrößerungsbereiche zwischen den durch den Galilei- Wechsler ange- botenen Vergrößerungsstufen. Die hierfür notwendige Brechkraftänderungen sind relativ klein und die Anordnung bei geschickter Ansteuerung nahezu frei von optischen Fehlern, die sonst die Verwendung der Linsen variabler Brechkraft bei optischen Zooms verhindert haben. Die Realisierung solcher Wechsler, die zwar geschaltet werden müssen, aber jede Vergrößerung innerhalb der gesamten Vergrößerungsspanne bieten, wird in den Fig. 12 und 13 vorgestellt.

In Fig. 12 wird die Anordnung wie aus Fig. 10 um zwei Linsen variabler Brechkraft erweitert.

Die Anordnung 1200 zeigt eine weitere Variante des neuartigen Galilei- Wechslers. Sie besteht aus zwei planen Teilwechslern 1290 und 1291, die hier mit Scheiben 1201 und 1201' als Träger ausgebildet sind und die in Fig. 12 von der Seite zu sehen sind. Jeder der Teil Wechsler weist mindestens zwei Linsen auf, der Teilwechsler 1290 die Linsen positiver Brechkraft 1220 und 1220', der Teil Wechsler 1291 die Linsen negativer Brechkraft 1260 und 1260', die unterschiedlich hoch bezüglich der Träger 1201 und 1201' respektive angeordnet sind. Die beiden Teilwechsler sind auf der Achse 1203 angeordnet, wobei sie vorzugsweise zumindest teilweise voneinander unabhängig beweglich sind. Die Linsen 1220 und 1260 befinden sich in der aktiven Position im Strahlengang 1204, die Linsen 1220' und 1260' befinden sich in der nicht aktiven Position außerhalb des Strahlengangs 1204. Des Weiteren befinden sich im Strahlengang 1204 zwei Linsen variabler Brechkraft, eine Linse variabler Brechkraft 1270 oberhalb des Wechslers 1290 und eine Linse variabler Brechkraft 1271 unterhalb des Wechslers 1291. Die Linsen variabler Brechkraft bilden einen optischen Zoom geringer Vergrößerungsspanne, die allerdings sinnvollerweise zumindest fast gleich und besser größer sein sollte als jeder der Vergrößerungsschritte des Wechslers.

In Fig. 13 wird mit 1300 eine ähnliche Anordnung wie aus Fig. 8e und ev. Fig. 9 um zwei Linsen variabler Brechkraft erweitert. Die Teil Wechsler 1390 und 1391 sind allerdings hier auf den gegenüberliegenden Seiten des Strahlenganges angeordnet, die Achsen 1303 und 1303' sind voneinander beabstandet und parallel. Der Teilwechsler 1390 weist als optische Elemente mindestens zwei Linsen positiver Brechkraft 1320 und 1320' montiert auf dem Träger 1301 auf, der Teilwechsler 1391 weist als optische Elemente mindestens zwei Linsen negativer Brechkraft 1360 und 1360' montiert auf dem Träger 1301' auf. Die Linsen 1320 und 1360 befinden sich in der aktiven Position im Strahlengang 1304, die Linsen 1320' und 1360' befinden sich in der nicht aktiven Position außerhalb des Strahlengangs 1304. Des Weiteren befinden sich im Strahlengang 1204 zwei Linsen variabler Brechkraft, eine Linse variabler Brechkraft 1370 oberhalb des Wechslers 1390 und eine Linse variabler Brechkrafit 1371 unterhalb des Wechslers 1391. Die Linsen variabler Brechkraft bilden einen optischen Zoom geringer Vergrößerungsspanne, die allerdings sinnvollerweise zumindest fast gleich und besser größer sein sollte als jeder der Vergrößerungsschritte des Wechslers. Daraus ergibt es sich, dass die Vergrößerungsspanne des Galilei- Wechslers sich um die Größe eines Vergrößerungsschrittes erhöht. Sie beträgt dann in dem Beispiel nach Tabelle 1 5,2 bereits ohne die Platzhalter, mit den Platzhaltern sogar 6,2 statt 4,3. Entsprechend gelten in dem Beispiel nach Tabelle 2 7,5 als Vergrößerungsspanne bereits ohne die Platzhalter, mit den Platzhaltern sogar 9,3 statt 6,0.

Die Linsen variabler Brechkraft sind vorzugsweise im Strahlengang fest angeordnet und nicht mit dem Wechsler beweglich. Sie können sich prinzipiell auch zwischen den Linsen der Wechsler befinden, werden aber vorzugsweise viel einfacher außerhalb der Wechsler angeordnet und auch bevorzugt, aber nicht unbedingt notwendig: eine Linse variabler Brechkraft vor dem Galilei-Wechsler und eine Linse variabler Brechkraft nach dem Galilei- Wechsler. Bei geringen Vergrößerungsschritten des Galilei- Wechslers können sie aber auch problemlos beide auf einer Seite des Wechslers angeordnet werden. Zwecks weiterer Korrekturen der optischen Fehler können aber auch mehr Linsen variabler Brechkraft angeordnet werden.

Eine Linse variabler Brechkraft kann dabei auch die Autofokusfunktion übernehmen oder mit übernehmen.

Die mindestens zwei Linsen variabler Brechkraft werden vorzugsweise gegenläufig angesteuert, d. h. wenn die Brechkraft einer Linse variabler Brechkraft erhöht wird, wird die andere herabgesetzt. Dies ist ein Weg, die optischen Fehler der Linsen variabler Brechkraft zu korrigieren. Ein anderer ist die einzelnen Linsen variabler Brechkraft durch doppelte oder durch zwei Linsen variabler Brechkraft zu ersetzen. Diese Paare werden ebenfalls vorzugsweise gegenläufig angesteuert. Dadurch erreicht man, dass die optischen Fehler eines gegenläufig angesteuerten Paares nicht nur kleiner als die Summe der optischen Fehler der einzelnen Linsen variabler Brechkraft sind, sondern sie sind kleiner als die optischen Fehler der einzelnen Linsen variabler Brechkraft.

Des Weiteren könnte einer der Teilwechsler, vorzugsweise der, der die Linsen für die kleinen Schritte beim Vergrößerungswechsel beinhaltet, in den Beispielen nach Tabellen 1 bis 3 sind es die Linsen positiver Brechkraft, vollständig durch eine feststehende Linse, hier positiver Brechkraft, mit mindestens einer Linse variabler Brechkraft mit nicht zu großen Qualitätseinbußen er- setzt werden.

Bei den Linsen variabler Brechkraft kann es sich dabei z. B. um Linsen nach dem electrowetting- Prinzip mit mindestens zwei Flüssigkeiten der Firmen Varioptic oder Philips oder die Linsen der Fa. Holochip, Optotune oder Rhe Vision handeln. Andere Linsen variabler Brechkraft sollen durch diese Beispiele aber nicht ausgeschlossen sein.

Die Rotations- Vorrichtung wie z. B. in Fig. 7c), 8a), 9a) und b) vorgestellt, fungieren in Fig. 13 und 8e) nur als Vergrößerungs-Teilwechsler, können aber zu eigenständigen Vergrößerungswechslern weiterentwickelt werden.

Dazu wird in Fig. 14 der um die Achse 1403 rotierbare Linsenhalter 1401 mit Linsenpaaren bestückt, die vorzugsweise der Bedingung |fi + fj| = dij für die Afokalität genügen, wobei dij der Abstand der beiden Linsen, fi die Brennweite der Linse i und fj die Brennweite der Linse j bedeuten. Dabei haben die Linsen eines Linsenpaares im Falle der Kepler- Anordnung beide positive Brennweiten und im Falle der Galilei- Anordnung hat die eine Linse des Linsenpaares positive und die andere Linse des Linsenpaares negative Brennweite. Für den Galilei- Wechsler (der übliche und bevorzugte Fall) wird die Anordnung mit dem Paar Negativlinse 1420 und Positivlinse 1420' und eventuell mit weiteren (wenigen) Linsenpaaren aus je einer Negativlinse und einer Positivlinse bestückt, wobei auch zwei Platzhalter als Linsenpaar gelten sollen. Die beiden Platzhalter liefern die Vergrößerung 1. So könnte die Anordnung 1400 aus zwei Linsen 1420 und 1420' und zwei Platzhaltern bestehen oder auch die Platzhalter könnten durch ein zweites Linsenpaar ersetzt werden. Die Linsenpaare werden durch Rotation um die Achse 1403 in den optischen Strahlengang 1404 eingeschwenkt und aus diesem ausgeschwenkt. Zusätzlich enthält die Anordnung 1400 noch eine bevorzugt stationäre Umlenkvorrichtung 1480, die in Fig. 14 als einfacher Spiegel ausgebildet ist. Es könnte aber auch eine andere Umlenkvorrichtung sein, z. B. Umlenkprisma, eine Anordnung aus mehreren Spiegeln, ein Prisma mit Mehrfachumlenkung, insbesondere ein Pentaprisma oder andere. Die Umlenkvorrichtungen sind bevorzugt stationär, können aber durchaus beweglich ausgeführt werden. Der Strahlengang 1404 kann zwischen den Linsen 1420 und 1420' nahezu beliebig gefaltet werden, z. B. um Platz zu sparen. Aber auch außerhalb der Linsen ist manchmal eine Umlenkvorrichtung sinnvoll und sogar zwingend notwendig, um z. B. das durch die Anordnung übertragene Bild seitenrichtig und nicht seitenverkehrt betrachten zu können oder um den Strahlengang in die richtige Richtung lenken zu können. Die Anordnung 1400 liefert mit Linse 1420 links oben und der Linse 1420' rechts unten in Fig. 14 die Vergrößerung a. Durch Rotation um 180° steht die Linse 1420' links oben und die Linse 1420 rechts unten und die Vergrößerung ist l/a. Werden durch die Rotation um z. B. 90° die Platzhalter in den Strahlengang gebracht ist die Vergrößerung 1. Werden statt der Platzhalter ein anderes Linsenpaar in den Strahlengang gebracht ist die Vergrößerung b und bei einer weiteren Rotation um 180° ist die Vergrößerung 1/b. Man sieht, dass mit dieser Anordnung sehr platzsparend ein Galilei- Wechsler realisiert werden kann, der mit zwei Linsen und zwei Platzhaltern drei Vergrößerungsstufen (a, 1, l/a) und mit vier Linsen vier Vergrößerungsstufen (a, l/a, b, 1/b) bietet. Neben Platzersparnis bietet dieser Wechsler weitere Vorteile. So ist die Gewichtsverteilung in dem Wechsler günstiger als in den Wechslern nach Stand der Technik. Damit ist er schneller und braucht weniger Energie, der Antrieb kann ebenfalls kleiner ausgelegt werden. Zu beachten ist allerdings, dass das spiegelverkehrte Bild bei Bedarf korrigiert werden muss.

Reichen in einer Anwendung die drei oder vier Vergrößerungsstufen einer Anordnung nach Fig. 14 nicht aus, kann über Verwendung der Anordnung aus Fig. 15 nachgedacht werden. Hier werden zwei Anordnungen nach Fig. 14 nacheinander in den Strahlengang gebracht (kaskadiert). Optional können noch die Linsen variabler Brechkraft 1570 und 1571 als kontinuierlicher Zoom, ähnlich wie in Fig. 12 und 13 verwendet werden. Die Linsen 1520 und 1520' befestigt an der Fassung 1501 bilden mit dem Spiegel 1580 den ersten Galilei-(Voll) Wechsler 1590, der durch Rotation um die Achse 1503 die z. B. drei Vergrößerungsstufen a, 1 und l/a bietet. Diese drei Vergrößerungsstufen werden mit den drei Vergrößerungsstufen b, 1 und 1/b des Wechslers 1591, gebildet durch die Linsen 1560 und 1560' angeordnet auf der Fassung 1501', kombiniert. Es resultieren neun Vergrößerungsstufen ab, a, a/b, b, 1, 1/b, b/a, l/a und l/ab. Die Vergrößerungen zwischen den Vergrößerungsstufen können durch den Zoom mit Linsen variabler Brechkraft abgedeckt werden, der eine Dynamik c haben soll. Dann bekommt man z. B. mit a = b = c = 1,3 einen quasikontinuierlichen Zoom mit einer Dynamik von 1,3 ⁹ = 10,6 mit einer hervorragenden optischen Qualität und ohne viel Entwicklungsarbeit. Anzumerken ist noch, dass beide Wechsler 1590 und 1591 je zwei Platzhalter aufweisen.

Man sieht, dass durch die Kaskadierung mit vier Linsen neun statt vier oder fünf Vergrößerungsstufen wie im Stand der Technik zu erreichen sind. So wären mit sechs Linsen und drei Stufen einer Kaskade sogar 27 Vergrößerungsstufen zu erreichen gewesen. Die gleichen sechs Linsen würden in einem Galilei- Wechsler nach Stand der Technik lediglich sechs oder sieben Vergrößerungsstufen bieten. Sieben Vergrößerungsstufen sind dabei nur bei zusätzlichen zwei Platzhaltern und indiskutabel großem Wechsler zu realisieren gewesen. Die enormen Vorteile der Kaskadie- rung liegen auf der Hand, wenn man viele Vergrößerungsstufen benötigt.

Der Vorteil dieser Anordnung entsteht zum Einen durch die Kaskadierung, zum Anderen durch doppelte Verwendung der Linsenpaare, in dem einmal zuerst die erste Linse des Linsenpaares vom Licht des Strahlengangs durchsetzt wird und dann die zweite Linse des Linsenpaares, und einmal zuerst die zweite Linse des Linsenpaares vom Licht des Strahlengangs durchsetzt wird und dann die erste Linse des Linsenpaares. Dieser zweite Vorteil ist schon aus dem Stand der Technik mit dem Standard-Galileiwechsler vorbekannt, er lässt sich auch für die anderen erfindungsgemäßen Wechsler anzuwenden. Werden die Linsenpaare der Anordnungen aus Fig. 8e), 10, 11, 12 und 13 ebenfalls in beide Richtungen verwendet, verdoppelt sich die Anzahl der Vergrößerungsstufen. Dies kann z. B. durch ein einfaches Drehen der Anordnung nach Fig. 8e), 10, 11, 12 oder 13 um 180° in dem Strahlengang erfolgen. Bedingt durch ziemliche Ausdehnung der Anordnung kann der Vorgang des Drehens langsam, mechanisch aufwendig und platzintensiv ausfallen. Daher ist eine direkte Anleihe im Stand der Technik wenig elegant. Es empfiehlt sich daher manchmal die Anordnung zuerst zu falten. Ein erster Vorschlag ist in der Fig. 16 abgebildet. Die Anordnung besteht aus Linsen 1620, 1621, 1622, 1623 und 1624, von den hier zwei, 1629 und 1624, in den Strahlengang eingeschwenkt sind und somit aktiv sind. Es sollte noch einmal betont werden, dass für eine Vergrößerungsstufe je eine Linse aus jedem Teil Wechsler eingeschwenkt wird. Hier wird der erste Teilwechsler durch die Linsen 1620 und 1621 positiver Brechkraft, der zweite Teilwechsler durch Linsen 1622, 1623 und 1624 negativer Brechkraft gebildet. Können alle Linsen aus dem Strahlengang entfernt werden, z. B. in dem sie einzeln entfernt werden oder durch Verwendung von Platzhaltern, hat die Anordnung 2 x 3 + 1 = 7 Vergrößerungsstufen nach bisheriger Lesart, also ohne die Linsenpaare doppelt zu benutzen. Die Anzahl der Vergrößerungsstufen ist also das Produkt aus den Anzahlen der Linsen in den Teilwechslern plus die Vergrößerungsstufe 1 für keine Linse im Strahlengang. Lassen sich nicht alle Linsen der Teilwechsler aus dem Strahlengang entfernen, wäre die Anzahl der Vergrößerungsstufen also 6. Lässt man jetzt zu, dass die Linsenpaare in beide Richtungen benutzt werden, ist die Anzahl der Vergrößerungsstufen in der Anordnung nach Fig. 16 nun 12 oder 13. Dies geschieht in dem die Anordnung 1600 um die Achse 1603 um 180° rotiert wird. Die Linse 1620, die zuerst am Eingang E positioniert war gelangt durch die Rotation an den Ausgang A. Umgekehrt: die Linse 1624, die zuerst am Ausgang A positioniert war, gelangt durch die Rotation an den Eingang E. Dabei kann der Spiegel 1601, der für die Faltung der Anordnung sorgt, mit der übrigen Anordnung mitbewegt werden oder auch stationär bleiben. In Fig. 16 wurde der Spiegel als bewegli- eher Spiegel dargestellt. Der Spiegel 1601 hätte auch durch eine andere Umlenkvorrichtung ersetzt werden können. Ist die Vergrößerung der Anordnung mit der Linse 1620 am Eingang E a, so beträgt die Vergrößerung mit der Linse 1620 am Ausgang A l/a. Gleiches gilt für alle anderen Linsenkombinationen. Die Anzahl der Vergrößerungsstufen hat sich also verdoppelt.

Ist die Anordnung aus Fig. 16 noch zu voluminös oder die benötigten Drehmomente, um die Anordnung zu bewegen noch zu groß, könnte man die Anordnung aus Fig. 17 verwenden. Die Drehmomente werden wegen des kleineren Radius, auf dem sich die Linsen bewegen kleiner. Ebenso wird das Rotationsvolumen, das von der Anordnung benötigt wird kleiner. In der Anordnung 1700 werden die Linsen 1720, 1721, 1722, 1723 und 1724 verwendet. Aktiv eingeschwenkt sind in Fig. 17 die Linsen 1720 und 1724. Der optische Strahlengang 1704 breitet sich vom Eingang E durch die Linsen bzw. ihre unbesetzten Positionen 1720, 1721 und 1722 aus, wird durch den Umlenkspiegel 1780 umgelenkt, passiert die Position für die Linse 1723, wird durch das Umlenkprisma 1781 mit der Reflexionsfläche 1781' und den Transmissionsflächen 1781'" und 1781" noch einmal umgelenkt, passiert die Linse 1724 und verlässt die Anordnung am Ausgang A mit einer Vergrößerung von b. Wird nun die gesamte Anordnung um 180° um die Achse 1703 gedreht, gelangt die Linse 1720 an den Ausgang A, die Linse 1724 an den Eingang E und die Anordnung hat dann die Vergrößerung 1/b. Das Umlenkprisma kann z. B. verwendet werden, um wie hier den optischen Weg zwischen den Linsen zu verkürzen, damit die Äquidistanz der Vergrößerungsstufen gewahrt wird. Durch Verwendung verschiedener Umlenkelemente, müssen diese anders als bei der Anordnung 1600 bei der Drehung der Anordnung 1700 mitbewegt werden.

Die Anordnungen aus den Fig. 16 und 17 sind nur als Beispiele zu sehen. Die Erfindung beansprucht jede Möglichkeit zur Faltung und Vertauschbarkeit des Eingangs mit dem Ausgang der Anordnung.

Es sollte noch klargestellt werden, dass ein Wechsler nach Fig. 8A meist nur dann einen Fortschritt bedeutet, wenn die Entfernung des optischen Elementes 820' oder anderer Elemente in nichtaktiver Stellung außerhalb des Strahlengangs vom Strahlengang kleiner ist als der Durchmesser des Strahlengangs selbst ist. Sonst könnten ein oder mehrere Wechslerräder nach Stand der Technik nacheinander ersatzweise montiert werden. Sie hätten je nach Anzahl der bestückten optischen Elemente einen Durchmesser von mindestens zwei Durchmessern des Strahlenganges. Diese Maximalentfernung ist weiter bevorzugt kleiner als 75% des Strahlengangdurchmessers, optimal kleiner als 50% des Strahlengangdurchmessers. Anzumerken ist noch, dass der Analog-Zoom mit Linsen variabler Brechkraft wie in den Fig. 12, 13 und 15 durch einen Digitalzoom ersetzt werden könnte, wobei die Qualitätseinbußen relativ klein ausfallen würden. Es könnten auch beide Zooms zusammen benutzt werden, die Vegröße- rungsdynamik könnte so vervielfacht werden.

Die in dieser Anmeldung vorgestellten afokalen Vergrößerungswechsler könnten selbstverständlich durch eine zusätzliche Brechkraft zu fokalen Wechslern umfunktioniert werden.

Zu beachten ist, dass die in den Beispielen verwendeten Linsen im Allgemeinen durch andere optische Elemente ersetzt werden können.