CN107924049A - 眼科显微镜的照明和观察系统、眼科显微镜以及利用四个红光反射观察光瞳的显微镜检查方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于显微镜(2)、特别是用于进行眼科手术的显微镜的照明和观察系统(1)，显微镜以及显微镜检查方法。照明和观察系统(1)包括用于两名观察者(诸如外科医生和助理)的眼睛的第一、第二、第三和第四观察光瞳(4、5、8、9)；在第一、第三和第四观察光瞳(4、8、9)中的同轴照明(6、10、11)，以在第一、第三和第四观察光瞳(4、8、9)中产生红光反射(13)；以及在第二观察光瞳(5)中的主照明(7)。为了提供周围环境的广阔照明，主照明具有比第一、第三和第四观察光瞳(4、8、9)中任一个的同轴照明(6、10、11)更大的照明场。为了特别是给使用第二观察光瞳(5)的观察者提供优越的观察质量，并且为了进一步能够在第二观察光瞳(5)中产生可见且均匀的红光反射，根据本发明提供了主照明与第二观察光瞳(5)重叠至少50％，以在第二观察光瞳(5)中产生红光反射(13)。进一步的改进涉及使主照明(7)在±5°的范围内与第二观察光瞳(5)的光轴(12)对准并且使同轴照明(6、10、11)与相应的第一、第三和第四观察光瞳(4、8、9)重叠至少50％。

Description

眼科显微镜的照明和观察系统、眼科显微镜以及利用四个红 光反射观察光瞳的显微镜检查方法

技术领域

本发明涉及一种用于显微镜的照明和观察系统，特别是用于对被观察的眼睛进行眼科手术的显微镜，该系统包括用于两名观察者(例如外科医生和助手)的眼睛的第一观察光瞳、第二观察光瞳、第三观察光瞳和第四观察光瞳；在第一、第三和第四观察光瞳中的同轴照明，以在第一、第三和第四观察光瞳中产生红光反射；以及在第二观察光瞳中的主照明，该主照明具有比同轴照明大的照明场。本发明还涉及包括这种照明和观察系统的显微镜。

此外，本发明涉及一种用于通过四个观察光瞳来照明和观察物体的显微镜检查方法，该方法包括利用穿过四个观察光瞳中的三个的同轴照明来照亮物体，并且在剩余的观察光瞳中提供主照明，主照明产生比在三个观察光瞳中任何一个的同轴照明大的照明场。

背景技术

眼科显微镜，即用于眼科手术的显微镜，通常包括两种不同类型的照明。第一种照明用于在被观察物体(即待操作的眼睛)中照亮相当大的视场。这种照明照亮了实际观察发生的区域的周围环境。在被观察的眼睛处，这种类型的照明的照明场具有在60mm和80mm之间的直径。以下将这种照明称为主照明。在眼科手术中，主照明主要用于使角膜等外眼结构可视化。

第二种类型的照明利用眼睛视网膜的特征来提供被称为红光反射的光的红橙色反射。红光反射提供比主照明高得多的对比度，并且主要用于白内障手术。红光反射由与观察者的光瞳的轴线同轴或至少接近同轴(例如在+/-5°的范围内)的照明产生，其中观察者的光瞳通过照明和观察系统望向被观察的眼睛上。例如，在EP 0 661 020 B1中描述了用于产生红光反射的已知系统。同轴照明的照明场通常远小于主照明的直径，例如小2到5倍。

已知的照明和观察系统的图像质量虽然在过去取得了很大进步，但仍有待改进。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种照明和观察系统，其操作简单、设计便宜，同时还提供优越的观察性能。

根据本发明，对于最初提及的照明和观察系统，这个目的通过以下方式解决：主照明与第二观察光瞳重叠至少50％以在第二观察光瞳中产生红光反射。

这个目的还通过包括这种照明和观察系统的显微镜以及通过用于照亮反射物体的上述显微镜检查方法，即主照明与四个观察光瞳中的剩余一个的至少50％重叠来解决。

使用这种简单的概念改善了对于利用第二观察光瞳的观察者的立体感质量，由于至少50％的重叠，剩余的第二观察光瞳中的主照明可以产生均匀的红光反射。这个红光反射连同由其他观察光瞳之一(即第一、第三或第四观察光瞳)中的同轴照明产生的红光反射一起被观察者感知。这两种红光反射产生改善的立体感。

根据本发明的方案可以通过以下特征被进一步改善，这些特征可以彼此独立地组合。

为了提高红光反射的质量和强度，主照明可以±5°的范围内与第二观察光瞳的光轴同轴。尤其是，主照明可以与第二观察光瞳的光轴重叠。

为了提高所有观察光瞳中所有红光反射的总体质量，优选的是，第一、第三和第四观察光瞳中的同轴照明与第一、第二和第三观察光瞳重叠至少50％。

尤其是，同轴照明可以与第一、第三和第四观察光瞳中的至少一个的光轴重叠。

为了获得强烈的红光反射，可以将单独的光源与每个观察光瞳关联。光源尤其可以是LED。优选的是，与第一、第三和第四观察光瞳中的同轴照明相关联的光源以与这些观察光瞳的几何布置呈镜像的图案布置。例如，在第一、第三和第四观察光瞳中提供同轴照明的LED能够以与相关联的第一、第三和第四观察光瞳的布置的三角形图案匹配的三角形图案布置。

在照明和观察系统或显微镜的操作中，可以调整第一、第三和第四观察光瞳中的至少一个中的同轴照明的强度，以便为相应的观察者提供主观上最佳的红光反射。强度可以单独调整或耦合在一起。为了保持对于使用第二观察光瞳的观察者的红光反射的立体感质量，有利的是主照明的强度与第一、第三和第四观察光瞳中的至少一个中的同轴照明的强度耦合。尤其是，可以提供控制子系统，其适于控制第二观察光瞳中的主照明的强度，以跟随第一、第三和第四观察光瞳中的至少一个中的同轴照明的强度。

控制子系统可以适于根据第一、第三和第四观察光瞳中的至少一个中的同轴照明的强度的变化自动改变第二观察光瞳中的主照明的强度。这种依附性可以是恒定的，即，主照明的强度与第一、第三和第四观察光瞳中的至少一个中的同轴照明的强度的比例保持恒定在独立于目前强度的目标比例。在更复杂的变型中，控制子系统可以适于保持介于主照明的强度与第一、第三和第四观察光瞳中的至少一个中的同轴照明的强度之间的线性或非线性特征。

根据另一个实施例，可以提供操纵器子系统，其适于允许手动调整第一、第三和第四观察光瞳中的至少一个中的同轴照明的强度。第一、第三和第四照明中的同轴照明的强度可以彼此耦合。

优选的是，只能对一名观察者，特别是使用第三和第四观察光瞳的外科医生的同轴照明进行调整。由于同轴照明彼此耦合，第三和第四观察光瞳中的同轴照明的强度的调整自动导致第一观察光瞳中的同轴照明的强度的相应改变。为了维修或维护目的，例如为了校准用于第一、第三和第四观察光瞳的独立光源，这些观察光瞳中的同轴照明也可以彼此解耦。

在进一步的实施例中，操纵器子系统可以适于在操作时将照明和观察系统从耦合状态切换至解耦状态，在所述耦合状态下，第二观察光瞳中的主照明的强度与第一、第三和第四观察光瞳中的至少一个中的同轴照明的强度耦合，在所述解耦状态下，第二观察光瞳中的主照明的强度与第一、第三和第四观察光瞳中的至少一个中的同轴照明的强度解耦。这允许针对使用第一、第三和第四观察光瞳中的两个光瞳的观察者调整主照明的相对强度以适应于红光反射的强度，并且因此仅依靠同轴照明来提供红光反射。这种调整通常是外科医生。

如果操纵器子系统从解耦状态切换至耦合状态，则操纵器子系统可以适于存储主照明与同轴照明的相对强度。然后控制子系统可以将这个新比例用作在第二观察光瞳中主照明强度的自动调整中要保持的目标比例。

可以提供存储器子系统，目标比例或者线性或非线性特征存储在存储器子系统中。操纵器子系统还可以适于通过提供机械和/或软件实现的操纵器允许直接调整目标比例，该操纵器如果由用户操作则会影响目标比例或特征。

为了调整各种参数，操纵器子系统可以包括调整旋钮和滑块，或者计算机屏幕上的虚拟调整旋钮或滑块。

附图说明

以下，参照附图示例性地阐述本发明。在附图中，相同的附图标记用于彼此对应的元件。如上所述，附图中的各种特征可以彼此独立地组合。

在附图中：

图1示出了根据本发明的照明和观察系统的示意图；

图2示出了具有附加部件的根据图1的照明和观察系统的示意图；

图3A示出了由如图3B所示的照明和观察系统产生的红光反射的示意图；

图3B示出了产生图3A的红光反射的照明的示意图；

图4A示出了由如图4B所示的照明和观察系统产生的红光反射的示意图；

图4B示出了产生图4A的红光反射的照明的示意图；

图5A示出了由如图5B所示的照明产生的红光反射的示意图；

图5B示出了产生图5A的红光反射的照明的示意图；

图6示出了在显微镜中使用的根据本发明的照明和观察系统的示意性侧视图；和

图7示出了具有附加元件的图6所示实施例的示意性立体图。

具体实施方式

首先，参照图1阐述显微镜2中的照明和观察系统1的设计和功能。图1示出了具有第一观察光瞳4和第二观察光瞳5的主物镜3的示意性平面图。第一观察光瞳4和第二观察光瞳5优选地用于辅助例如眼科手术的助手或学生。

同轴照明6被引导通过第一观察光瞳4，而主照明7被引导通过第二观察光瞳5。优选地，主照明与第一观察光瞳4没有重叠，和/或在第二观察光瞳5中没有同轴照明。

图1所示的设置对使用在眼科手术中的显微镜2(即所谓的眼科显微镜)特别有用。在被观察物体处，即在物平面中，在眼睛待操作的情况下，主照明7产生在观察平面中具有比同轴照明6大的直径的照明场。照明场可以在60毫米和80毫米之间。同轴照明6的轴线仅略微地偏离第一观察光瞳4的光轴，例如，偏离了不到+/-5°。

从图1中可以看出，主照明7也布置成至少在+/-5％的范围内与第二观察光瞳5的光轴同轴。因此，主照明7和同轴照明6都能够在眼科手术中产生红光反射。

为了提供均匀的红光反射，优选的是，主照明7和同轴照明6与各自的观察光瞳5、6就光瞳面积而言重叠至少50％。

为了在红光反射中提供良好的立体效果，主照明的强度应该与同轴照明的强度保持一定的目标比例。以勒克斯测量，优选的强度目标比例在0.2至5的范围内，特别优选在0.5至2的范围内，甚至更优选在0.5至1.5的范围内。由此，第一观察光瞳中红光反射的强度被认为与第二观察光瞳中红光反射的强度相同或者几乎相同。

主照明与同轴照明的强度的目标比例由照明和观察系统1保持，而独立于同轴照明6的强度。特别地，主照明7的强度可以与同轴照明6的强度耦合：如果同轴照明6的强度改变，例如通过用户的手动操作，则主照明7的强度随之改变以在两个观察光瞳4、5中保持红光反射的相同强度比。

图1所示的观察照明系统可以被扩展为包括第三观察光瞳8和第四观察光瞳9，第三观察光瞳8和第四观察光瞳9均设有各自的同轴照明10、11，所述同轴照明10、11基本上可以对应于第一观察光瞳4的同轴照明。

第三观察光瞳8和第四观察光瞳9可以专门由外科医生使用。同轴照明10、11优选是相同的，包括相同的和/或相同排列的光学元件，以针对观察光瞳8、9两者在被观察的眼睛中产生相同的红光反射。优选地，在第三观察光瞳8和/或第四观察光瞳9中不存在主照明重叠。

用于第一观察光瞳4的同轴照明6的强度可以与第三观察光瞳8中的同轴照明10和第四观察光瞳9中的同轴照明11中的至少一个的强度相耦合。如果外科医生调整同轴照明10、11的强度，则第一观察光瞳4中的同轴照明6的强度将自动随之调整。由于第二观察光瞳5中的主照明7与第一观察光瞳4中的同轴照明6的强度的耦合，主照明7的强度将自动跟随第三观察光瞳8和第四个观察光瞳9中的同轴照明10、11的任何调整。

同轴照明10与第三观察光瞳8重叠超过50％，同轴照明11与第四观察光瞳9重叠超过50％。此外，在四个观察光瞳4、5、8、9都中产生红光反射。根据本发明，由于主照明的同轴对准，可以在第二观察光瞳5中产生强烈的红光反射，而不需要安装昂贵的同轴照明。更确切地说，主照明7与第二观察光瞳5的光轴12对准，并且其强度保持为与第一观察光瞳4中的同轴照明的强度成目标比例。

利用超过50％的重叠会增加红光反射的均匀性。这在图3A、3B、4A、4B和5A、5B中示意性地示出。在这些图中，同轴照明6、10、11被示为与观察光瞳4、8、9中的一个重叠。该重叠引起红光反射，红光反射在各个观察光瞳4、8、9中具有可觉察到的不均匀的强度分布，正如各个观察者所看到的。增大重叠减少了图3A、4A和5A中所示的不均匀性。

图6示出了如在显微镜2中使用的照明和观察系统1的部分的示意性侧视图。照明6、7、10、11与各自的观察光瞳4、5、8、9对准，并且通过使用分束器14、15被引导穿过各自的观察光瞳4、5、8、9。利用较大的分束器14使得用于第二观察光瞳5的主照明7偏转以及分别用于第三观察光瞳8和第四观察光瞳9的同轴照明10、11偏转。利用较小的第二分束器15使得用于第一观察光瞳4的同轴照明6偏转。

每个照明6、7、10、11优选地设有单独的光源16，该光源16尤其可以是发光二极管(LED)17。如在图6中，第三观察光瞳8和第四观察光瞳9与各自的同轴照明10、11正好位于彼此后面，对于这两个同轴照明10、11仅示出了一个光源16。

使用分束器14、15获得很好的对准：不仅同轴照明6、10、11与第一、第三和第四观察光瞳4、8、9的光轴12很好地对准，而且主照明7与第二观察光瞳5的光轴12很好地对准。

在光源16和分束器14、15之间可以布置光学元件，诸如用于同轴照明6、10、11的透镜18和用于主照明7的透镜19。光学元件18、19也可以包括孔，所述孔可以是可调整的。

在图7中，以示意性立体图示出了图6的实施例。由此可以看出，存在单个光学元件18，例如与用于同轴照明6、10、11的三个单独光源17相关联的透镜。照明和观察系统1可以沿着同轴照明6、10、11的照明路径20具有相同的设计，使得第一、第三和第四观察光瞳4、8、9中的同轴照明6、10、11具有相同或者至少几乎相同的特性。

光源16能够以与配备有同轴照明6、10、11的观察光瞳4、8、9的图案对应的图案几何地布置。

用于产生同轴照明7、10、11的光源16可以适于彼此独立地控制，或者它们可以彼此耦合。控制子系统21适于控制用于同轴照明6、10、11的光源16的强度。控制子系统21可以适于将第三和第四观察光瞳8、9的同轴照明耦合至第一观察光瞳4的同轴照明6和第二观察光瞳5的主照明7。耦合可以在控制子系统21中使用非线性或线性的耦合特性22来实现。特性22可以进一步通过使用目标比例形式的简单常数来实现。

可以利用线性或非线性的耦合特性来使强度变化更好地适应观察者眼睛感知的任何与强度有关的特性。所述耦合可以机械地实现，例如，通过齿轮机械地将运动从一个操纵器传递到另一个操纵器。所述耦合也可以通过使用诸如放大器、电阻网络和电容的模拟电气元件电性地地实现，以获得主照明7对同轴照明6、10、11中的至少一个的期望的依附性。如果数字化地实现耦合，则可以使用数字控制，其中耦合特性22可以例如被存储为查找表。

耦合特性22可以存储在存储器子系统23中，存储器子系统23可以包括机械组件、电组件、模拟和/或数字组件。作为其最简单的形式，耦合特性22只是主照明7与同轴照明6、10和/或11中的至少一个的目标比例，如果同轴照明6、10、11中的一个的强度变化，则所述目标比例由控制子系统21保持。

强度的改变可以通过操纵器子系统24的操作来实现。同样，操纵器子系统24可以包括可手动操作的操纵器(例如调整旋钮或滑块)和/或电元件(诸如可调电阻器、门或逻辑电路)，以便改变光源16中的至少一个，优选每个光源16的强度。操纵器子系统24还可以包括软件实现的操纵器，诸如显示在计算机屏幕上用于与用户交互的虚拟滑块或调整旋钮。

在图7中，仅仅通过示例示出了两个操纵器元件25。其中一个操纵器元件25可以被启动以控制主照明7的光源16的强度。另一个操纵器元件25用来共同地调整用于同轴照明6、10、11的所有三个光源16的强度。

可以设置开关26作为操纵器子系统24的一部分，以启动操纵器元件25的子设备和/或将照明和观察系统1从耦合状态切换到解耦状态，在耦合状态下，主照明7与同轴照明6、10和11中的至少一个耦合，在解耦状态下，该耦合被释放并且这些照明的强度可以被独立地调整。优选的是，在从解耦状态切换到耦合状态时，将新获得的同轴照明6、10、11之一的照明强度之间的比例存储在存储器子系统23中作为新的目标比例。

这例如允许外科医生将主照明7相对于同轴照明10、11的相对强度调整至一定比例，这为他单独产生了最好的立体图像。为了进行这种调整，切换子系统26被启动并且假定解耦状态。一旦外科医生已经使同轴照明10、11和主照明7的相对强度适应了他的需要，他就再次启动切换子系统26，以便将新的目标比例提交给存储器子系统23并切换到耦合状态。从现在开始，同轴照明6、10、11的强度的任何改变会自动触发主照明7的强度的相应改变，以保持目标比例。这种耦合和强度变化由控制子系统21控制。

特别是为了维护的目的，可取的是照明和观察子系统1可以切换到解耦状态，其中所有光源16的强度可以彼此独立地调整。一旦这种调整完成并且解耦被关闭以进入耦合状态，则所有光源16的相对强度可以被提交给存储子系统。

尽管存储子系统23和切换子系统26以及操纵器子系统24被示出为与控制子系统21分离，但是所有这些子系统可以被集成到单个控制单元27，例如计算机或专用集成电路(ASIC)中。

附图标记

1 照明和观察系统

2 显微镜

3 主物镜

4 第一观察光瞳

5 第二观察光瞳

6 同轴照明

7 主照明

8 第三观察光瞳

9 第四观察光瞳

10 第三观察光瞳中的同轴照明

11 第四观察光瞳中的同轴照明

12 光轴

13 红光反射

14 分束器或偏转光学元件

15 分束器或其他偏转光学元件

16 光源

17 LED

18 用于同轴照明的光学元件

19 用于主照明的光学元件

20 照明路径

21 控制子系统

22 耦合特性

23 存储器子系统

24 操纵器子系统

25 操纵器元件

26 开关

27 控制单元

Claims (13)

1.一种用于显微镜(2)的照明和观察系统(1)，显微镜特别是用于对被观察的眼睛进行眼科手术的显微镜，所述系统(1)包括：

第一观察光瞳(4)、第二观察光瞳(5)、第三观察光瞳(8)和第四观察光瞳(9)，用于两名观察者的眼睛，观察者诸如外科医生和助理；

在第一、第三和第四观察光瞳(4、8、9)中的同轴照明(6、10、11)，以在所述第一、第三和第四观察光瞳(4、8、9)中产生红光反射(13)；以及

主照明(7)，所述主照明(7)具有比所述同轴照明大的照明场，

其特征在于，所述主照明(7)与所述第二观察光瞳(5)的至少50％重叠，以在所述第二观察光瞳(9)中产生红光反射(13)。

2.根据权利要求1所述的照明和观察系统(1)，其特征在于，所述主照明(7)与所述第二观察光瞳(5)的光轴(12)在+/-5°的范围内同轴。

3.根据权利要求1或2所述的照明和观察系统(1)，其特征在于，所述第一、第三和第四观察光瞳(4、8、9)中的所述同轴照明与第一、第二和第三观察光瞳(4、8、9)重叠至少50％。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的照明和观察系统(1)，其特征在于，所述第一、第二、第三和第四观察光瞳(4、5、8、9)中的每一个与单独的光源(16)相关联。

5.根据权利要求4所述的照明和观察系统(1)，其特征在于，每个所述光源(16)包括至少一个光源(17)，至少用于所述同轴照明(6、10、11)的所述光源(17)以与所述第一至第四观察光瞳(4、5、8、9)的布置呈镜像的图案布置。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的照明和观察系统(1)，其特征在于，所述主照明(7)与所述第一、第三和第四观察光瞳(4、8、9)中的至少一个的所述同轴照明(6、10、11)耦合。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的照明和观察系统(1)，其特征在于，提供控制子系统(21、27)，所述控制子系统适于根据所述第一、第三和第四观察光瞳(4、10、11)中的至少一个的所述同轴照明(6、10、11)的强度变化自动改变所述主照明(7)的强度。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的照明和观察系统(1)，其特征在于，提供操纵器子系统(24)，其适于在操作时将所述照明和观察系统(1)从耦合状态切换至解耦状态，在所述耦合状态下，所述第二观察光瞳(5)中的所述主照明(7)的强度与所述第一、第三和第四观察光瞳(4、8、9)中的至少一个的所述同轴照明(6、10、11)的强度耦合，在所述解耦状态下，所述主照明(7)的强度与所述同轴照明(6、10、11)的强度解耦。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的照明和观察系统(1)，其特征在于，提供存储器子系统(23)，在所述存储器子系统(23)中，存储了用于将所述第二观察光瞳(5)中的所述主照明(7)的强度耦合至所述第一、第三和第四观察光瞳(4、8、9)中的至少一个的所述同轴照明(6、10、11)的强度的目标比例。

10.根据权利要求9所述的照明和观察系统(1)，其特征在于，所述照明和观察系统(1)适于允许手动改变所述目标比例。

11.根据权利要求9或10所述的照明和观察系统(1)，其特征在于，所述控制子系统(21、27)适于将所述第二观察光瞳(5)中的所述主照明(7)的强度与所述第一、第三和第四观察光瞳(4、8、9)中的至少一个的所述同轴照明(6、10、11)的强度的比例保持在所述目标比例。

12.一种显微镜(2)，特别是用于眼科手术，其特征在于根据权利要求1至11中任一项所述的照明和观察系统(1)。

13.一种用于通过四个观察光瞳(4、5、8、9)照亮和观察物体的显微镜检查方法，所述方法包括：

利用同轴照明(6、10、11)通过所述四个观察光瞳(4、5、8、9)中的三个观察光瞳(4、8、9)照亮所述物体；以及

在剩余的观察光瞳(5)中提供主照明(7)，所述主照明产生具有比所述三个观察光瞳(4、7、8)中的任何一个的同轴照明(6、10、11)的光场更大的直径的光场，

其特征在于，所述主照明(7)与所述剩余的观察光瞳(5)重叠至少50％。