CN108627962B - 具有图像传感器和显示器的手术显微镜、以及操作手术显微镜的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种为观察者产生物体区域的观察图像的手术显微镜。手术显微镜具有：目镜，其观察在中间像平面中的物体区域的观察图像；成像光学单元，其通过光学物体区域成像光束路径在中间像平面中产生物体区域的光学图像；选择性地启用和中断光学物体区域成像光束路径的可切换光学组件；图像传感器，其通过光学图像传感器光束路径来捕捉物体区域的图像；显示器，其通过显示器成像光束路径来将显示信息在中间像平面中可视化；图像处理与控制装置，其致动所述显示器并且处理图像传感器的图像数据并且将其输出到所述显示器上；以及成像比例设定装置，其用于取决于光学组件的切换状态来为通过显示器而在中间像平面中可看见的显示信息设定成像比例。

Description

具有图像传感器和显示器的手术显微镜、以及操作手术显微 镜的方法
技术领域
本发明涉及一种用于为观察者产生物体区域中的物场的观察图像的手术显微镜，该手术显微镜具有：至少一个目镜，该至少一个目镜用于观察在中间像平面中的该物体区域中的物场的观察图像；成像光学单元，该成像光学单元用于在该中间像平面中产生该物体区域中的物场的光学图像，该成像光学单元具有光学物体区域成像光束路径，该光学物体区域成像光束路径通过光学传输路径从该物体区域被导向至该中间像平面；用于选择性地启用和中断该光学物体区域成像光束路径的可切换光学组件，所述光学组件在第一切换状态下启用该光学传输路径、并且在与该第一切换状态不同的另外的切换状态下中断该光学传输路径；至少一个图像传感器，该至少一个图像传感器用于通过从该物体区域被导向至该图像传感器的光学图像传感器光束路径来捕捉该物体区域的图像；显示器，该显示器用于通过显示器成像光束路径来将显示信息在该中间像平面中可视化、并且具有图像处理与控制装置，该图像处理与控制装置用于致动该显示器并且用于处理该图像传感器的图像数据并且将其输出到该显示器上；成像比例设定装置，该成像比例设定装置用于取决于该光学组件的切换状态来为通过该显示器而在该中间像平面中可看见的该显示信息设定成像比例；以及用于联接该可切换光学组件以及该成像比例设定装置的联接器件。此外，本发明涉及一种用于操作手术显微镜的方法。
背景技术
DE 10 2007 019 335 B3披露了一种在开篇阐述类型的手术显微镜。
手术显微镜用于不同的医学学科中，例如神经外科手术、微创手术、或其他眼科学。具体地，它们用于允许手术医生放大观察手术区域。
DE 10 2014 207 130 A1描述了一种手术显微镜，该手术显微镜允许观察者在目镜中看到显示在显示器上的、以叠加的方式在物体区域的图像上的图像数据。为此，该手术显微镜包括安排在光学物体区域成像光束路径中的分束器。这个分束器将由显示器显示的物体区域的图像镜像到该光学物体区域成像光束路径中，所述图像是由图像传感器在特征波长范围内捕捉的。
在DE 10 2010 044 502 A1和DE 102 43 852 A1中也指明了允许观察者在目镜中看见显示在显示器上的、以叠加的方式在物体区域的图像上的图像数据的手术显微镜，所述目镜获得来自物体区域的光学观察光束路径。
US 5 867 210 A披露了一种包括图像传感器装置的手术显微镜系统，该图像传感器装置数字地捕捉操作区域的图像并且将所述图像显示在屏幕和智能眼镜上。
发明内容
本发明的目的是提供一种允许观察者选择性地通过光学物体区域成像光束路径和光学-电子-光学显示器成像光束路径来以与显示图像传感器所捕捉的图像相同的成像比例看见物体区域的手术显微镜。
该目的是通过如下所述的一种手术显微镜以及如下所述的一种方法来实现的。下文还指明了本发明的有利实施例。
一种用于为至少一个观察者产生物体区域中的物场的观察图像的手术显微镜，
具有目镜，所述目镜用于观察在中间像平面中的所述物体区域中的物场的观察图像，
具有成像光学单元，所述成像光学单元用于在所述中间像平面中产生所述物体区域中的物场的光学图像，
具有光学物体区域成像光束路径，所述光学物体区域成像光束路径通过光学传输路径从所述物体区域被导向至所述中间像平面，
具有用于选择性地启用和中断所述光学物体区域成像光束路径的可切换光学组件，所述光学组件在第一切换状态下启用所述光学传输路径、并且在与所述第一切换状态不同的另外的切换状态下中断所述光学传输路径，
具有至少一个图像传感器，所述至少一个图像传感器用于通过从所述物体区域被导向至所述图像传感器的光学图像传感器光束路径来捕捉所述物体区域的图像，
具有显示器，所述显示器用于通过显示器成像光束路径来将显示信息在所述中间像平面中可视化，并且
具有图像处理与控制装置，所述图像处理与控制装置用于致动所述显示器并且用于处理所述图像传感器的图像数据并且将其输出到所述显示器上以提供用于在所述中间像平面中产生所述物体区域的图像的光学-电子-光学传输路径，
具有成像比例设定装置，所述成像比例设定装置用于取决于所述光学组件的切换状态来为通过所述显示器而在所述中间像平面中可看见的所述显示信息设定成像比例，并且
具有用于联接所述可切换光学组件以及所述成像比例设定装置的联接器件，
其中
所述成像比例设定装置具有被安排在所述图像传感器光束路径中的光学放大互换系统，
其中所述放大互换系统是用于通过所述光学物体区域成像光束路径在所述中间像平面中产生所述物体区域的光学图像的所述成像光学单元的构成部分，
其中，当从所述可切换光学组件的第一切换状态切换成另外的切换状态时，所述成像比例设定装置在所述可切换光学组件的所述第一切换状态下将所述光学-电子-光学传输路径的成像比例设定成所述光学传输路径的成像比例、并且通过设定所述光学放大互换系统来致使所述至少一个图像传感器捕捉所述物场来完全作为像场，
其中在所述中间像平面中呈由所述至少一个图像传感器捕捉到的所述物体区域的图像的形式的所述显示信息在所述可切换光学组件的第一切换状态下覆盖所述光学传输路径的像场，所述显示信息在所述可切换光学组件的这个切换状态下通过所述显示器在所述显示器成像光束路径中被可视化，并且
其中所述图像处理与控制装置在所述另外的切换状态下重新缩放被供应至所述显示器的图像数据，其方式为使得通过所述显示器在所述中间像平面中的显示来在所述物体区域中产生所述物场的图像，所述图像的成像比例对应于所述光学传输路径的成像比例。
优选地，所述放大互换系统是无焦缩放系统。
优选地，所述成像比例设定装置具有集成在所述图像处理与控制装置中的数据处理级。
优选地，用于选择性地启用和中断所述光学物体区域成像光束路径的所述可切换光学组件被实施为可切换快门。
一种用于操作为至少一个观察者产生物体区域中的物场的至少一个观察图像的手术显微镜的方法，所述手术显微镜
具有目镜，所述目镜用于观察在中间像平面中的所述物体区域中的物场的观察图像，
具有成像光学单元，所述成像光学单元用于在所述中间像平面中产生所述物体区域中的物场的光学图像，
具有光学物体区域成像光束路径，所述光学物体区域成像光束路径通过光学传输路径从所述物体区域被导向至所述中间像平面，
具有用于选择性地启用和中断所述光学物体区域成像光束路径的可切换光学组件，所述光学组件在第一切换状态下启用所述光学传输路径、并且在与所述第一切换状态不同的另外的切换状态下中断所述光学传输路径，
具有至少一个图像传感器，所述至少一个图像传感器用于通过从所述物体区域被导向至所述图像传感器的光学图像传感器光束路径来捕捉所述物体区域的图像，
具有显示器，所述显示器用于通过显示器成像光束路径来将显示信息在所述中间像平面中可视化，并且
具有图像处理与控制装置，所述图像处理与控制装置用于致动所述显示器并且用于处理所述图像传感器的图像数据并且将其输出到所述显示器上以提供用于在所述中间像平面中产生所述物体区域的图像的光学-电子-光学传输路径，
其中根据所述光学组件的切换状态，通过成像比例设定装置来设定通过所述显示器在所述中间像平面中可看见的显示信息的成像比例，
其中
所述成像比例设定装置具有被安排在所述图像传感器光束路径中的光学放大互换系统，
其中所述放大互换系统是用于通过所述光学物体区域成像光束路径在所述中间像平面中产生所述物体区域的光学图像的所述成像光学单元的构成部分，
其中在第一步骤中，通过从所述物体区域到所述中间像平面的用于图像信息的所述光学传输路径，来在所述中间像平面中产生所述物体区域的图像，
其中在所述第一步骤之后的第二步骤中，通过从所述物体区域到所述中间像平面的用于图像信息的所述光学-电子-光学传输路径，来在所述中间像平面中产生所述物体区域的图像，
其中当从所述可切换光学组件的第一切换状态切换成所述另外的切换状态时，所述光学-电子-光学传输路径的成像比例被设定成所述光学传输路径的成像比例，
其中设定所述光学放大互换系统，其方式为使得至少一个图像传感器捕捉所述物场来完全作为像场，
其中所述显示信息是由所述至少一个图像传感器捕捉到的所述物体区域的图像，在所述可切换光学组件的第一切换状态下所述信息覆盖所述光学传输路径在所述中间像平面中的像场，并且
其中在所述另外的切换状态下被供应至所述显示器的所述图像数据被重新缩放，其方式为使得通过所述显示器在所述中间像平面中的显示来在所述物体区域中产生所述物场的图像，所述图像的成像比例对应于所述光学传输路径的成像比例。
优选地，当设定所述光学-电子-光学传输路径的成像比例时，抑制所述显示器显示显示信息，或者其中当设定所述光学-电子-光学传输路径的成像比例时，实现所述显示器以如下成像比例显示显示信息，所述成像比例与被安排在所述光学-电子-光学传输路径中的光学放大互换系统的放大倍率相匹配。
目前可获得的、安装大小适合于手术显微镜的显示器和图像传感器仅具有不允许获得与自然视觉相对应的图像信息的光学分辨率的像素数量。
在此背景下，本发明利用了以下事实：即在目镜中通过光学物体区域成像光束路径看到物体区域在手术显微镜中提供的优点是即便在高放大倍率的情况下外科医生仍可以以非常好的光学成像品质以及具有色彩保真度的自然视觉印象观察到手术区域。其次，本发明利用了以下事实：对手术区域中的物体结构的数字捕捉和显示在手术显微镜的许多应用中是有利的。这是因为，首先，对手术区域中的物体结构进行数字捕捉和显示需要相对较少的照明光，使得这尤其减少了身体组织的辐射暴露。对手术区域中的物体结构进行数字捕捉和显示还允许为观察者显示甚至不能在可见光的光谱范围内捕捉到的组织结构。
此外，本发明利用了以下事实：使用图像捕捉装置数字地捕捉到的并且随后在计算机单元中进行准备以便例如增加图像对比度的数据的可视化可以为外科医生简化手术区域中的定向、并且还可以改善对手术显微镜的操纵。
本发明将通过用于图像信息的光学传输路径来将物体区域可视化的优点与通过用于图像信息的光学-电子-光学传输路径来实现的将物体区域可视化的优点相组合。
根据本发明的用于为观察者产生物体区域的观察图像的手术显微镜具有至少一个目镜，所述至少一个目镜用于观察在中间像平面中的所述物体区域的观察图像，并且所述手术显微镜包括成像光学单元，所述成像光学单元用于通过光学物体区域成像光束路径在所述中间像平面中产生所述物体区域的光学图像，所述光学物体区域成像光束路径从所述物体区域导向至所述中间像平面。在根据本发明的手术显微镜中，存在用于选择性地启用和中断所述光学物体区域成像光束路径的可切换光学组件、以及至少一个图像传感器，所述至少一个图像传感器用于通过从所述物体区域导向至所述图像传感器的光学图像传感器光束路径来捕捉所述物体区域的图像。根据本发明的手术显微镜具有显示器，所述显示器用于通过显示器成像光束路径来将显示信息在所述中间像平面中可视化，并且所述手术显微镜包括图像处理与控制装置，所述图像处理与控制装置用于致动所述显示器并且用于处理所述图像传感器的图像数据并且将其输出到所述显示器上。在根据本发明的手术显微镜中，存在成像比例设定装置，所述成像比例设定装置用于取决于所述光学组件的切换状态来为通过所述显示器而在所述中间像平面中可看见的所述显示信息设定成像比例。
根据本发明的手术显微镜包括用于联接所述可切换光学组件以及所述成像比例设定装置的联接器件。这可以实现的是，根据所述可切换光学组件的切换状态来自动设定观察者在中间像平面中可感知到的物体区域图像的成像比例。
所述成像比例设定装置具有被安排在所述图像传感器光束路径中的光学放大互换系统。在此，所述放大互换系统是用于在所述中间像平面中产生所述物体区域的光学图像的所述成像光学单元的构成部分。具体地，所述放大互换系统可以是无焦缩放系统。
所述成像比例设定装置可以具有集成在所述图像处理与控制装置中的数据处理级。替代性地或除此之外，所述成像比例设定装置还可以具有被安排在所述显示器成像光束路径中的光学放大互换系统。
用于选择性地启用和中断所述光学物体区域成像光束路径的所述可切换光学组件可以尤其被实施为可切换快门。
适宜地，根据本发明的手术显微镜被实施为立体手术显微镜。
本发明还延伸到一种用于操作如上所述的、用于为观察者产生物体区域的观察图像的手术显微镜，其中根据所述光学组件的切换状态来设定通过显示器在所述中间像平面中可看见的显示信息的成像比例。
在此本发明的概念是，通过调整被安排在该图像传感器光束路径中的光学放大互换系统来设定成像比例。本发明的另外的概念是，通过显示已经在图像处理与控制装置中被放大或减小的显示信息来在显示器上提供成像比例。具体地，本发明的概念是，通过调整被安排在该图像传感器光束路径中的光学放大互换系统来设定成像比例。
在此，在第一步骤中，可以通过从所述物体区域到所述中间像平面的用于图像信息的光学传输路径，来在所述中间像平面中产生所述物体区域的图像，并且接着，在所述第一步骤之后的第二步骤中，可以通过从所述物体区域到所述中间像平面的用于图像信息的光学-电子-光学传输路径，来在所述中间像平面中产生所述物体区域的图像，其中，所述光学-电子-光学传输路径的成像比例ME被设定成所述光学传输路径的成像比例MO。
当设定所述光学-电子-光学传输路径的成像比例ME时，尽可能地抑制通过显示器来显示显示信息。作为其替代方案，当设定所述光学-电子-光学传输路径的成像比例ME时，实现所述显示器以如下成像比例显示显示信息，所述成像比例与被安排在所述光学-电子-光学传输路径中的光学放大互换系统的放大倍率相匹配。这允许甚至在光学-电子-光学传输路径的成像比例ME的设定过程期间观察者仍在双目镜筒中看见物体区域，而不使所述观察者感知到成像比例变化。
此外，本发明的概念是，当操作上文指明的手术显微镜时，在第一步骤中，通过来自所述物体区域的用于图像信息的光学-电子-光学传输路径，来在所述中间像平面中产生所述物体区域的图像，并且在所述第一步骤之后的第二步骤中，通过从所述物体区域到所述中间像平面的用于图像信息的光学传输路径，来在所述中间像平面中产生所述物体区域的图像，其中，所述光学传输路径的成像比例MO被设定成所述光学-电子-光学传输路径的成像比例ME。
附图说明
在下文中，将基于附图中以示意性方式描绘的示例性实施例来更加详细地解释本发明。在图中：
图1示出了用于在第一操作状态下通过双目镜筒来立体地可视化物体区域的第一手术显微镜；
图2示出了手术显微镜在第一操作状态下的左侧中间像平面和右侧中间像平面中的像场；
图3示出了在第二操作状态下的第一手术显微镜；
图4示出了第一手术显微镜在第二操作状态下的左侧中间像平面和右侧中间像平面中的像场；
图5示出了第一手术显微镜中的光学传输路径和光学-电子-光学传输路径；
图6示出了手术显微镜中的图像传感器的光敏区；
图7示出了在第一操作状态下显示器的显示区域在手术显微镜的中间像平面中的图像；
图8示出了在第二操作状态下显示器的显示区域在手术显微镜的中间像平面中的图像；
图9示出了用于在第一操作状态下通过双目镜筒来立体地可视化物体区域的第二手术显微镜；
图10示出了在第二操作状态下的第二手术显微镜；
图11示出了第二手术显微镜中的光学传输路径和光学-电子-光学传输路径；
图12示出了在手术显微镜中的缩放系统的不同设定的情况下的像场；并且
图13和图14示出了在缩放系统的不同设定的情况下，显示器的显示区域在第二手术显微镜中的图像。
具体实施方式
图1所示的第一立体手术显微镜10具有手术显微镜主体12，该主体中容纳了具有主显微镜物镜系统16的可切换成像光学单元14。该手术显微镜具有双目镜筒20，该双目镜筒在接口18处连接至手术显微镜主体12上，并且该手术显微镜包括针对观察者的左眼72和右眼74的第一目镜22和第二目镜24。第一光学物体区域成像光束路径28和第二光学物体区域成像光束路径30从物体区域32穿过手术显微镜10中的主显微镜物镜系统16。
成像光学单元14包括被安排在第一光学物体区域成像光束路径28中的缩放系统33、并且具有输出耦合分束器34，该输出耦合分束器被安排在主显微镜物镜系统16的远离物体区域32的这侧上，所述输出耦合分束器将一些观察光与第一光学物体区域成像光束路径28解耦以将观察光从该物体区域沿着图像传感器光束路径28’馈送至电子图像捕捉装置35。图像捕捉装置35包括具有物镜系统37和图像传感器38的第一图像捕捉组件36以及具有物镜系统37和图像传感器38的第二图像捕捉系统40。
此外，成像光学单元14具有被安排在第二光学物体区域成像光束路径30中的、在主显微镜物镜系统16的远离物体区域32的这侧上的缩放系统39，并且所述成像光学单元具有另外的输出耦合分束器26，该输出耦合分束器通过将来自物体区域32的一些观察光与第二光学物体区域成像光束路径30解耦来使得所述光沿着图像传感器光束路径30’馈送至图像捕捉装置35的图像传感器38。
在成像光学单元14中，存在第一输入耦合分束器42以及第二输入耦合分束器44。通过输入耦合分束器42、44，显示在显示装置47的显示器组件48的第一显示器46上和显示装置47的显示器组件52的第二显示器50上的显示信息可以沿显示器成像光束路径28”、30”叠加在物体区域32在第一光学物体区域成像光束路径28和第二光学物体区域成像光束路径30中的图像上。为此，显示装置47的显示器组件48、52的显示器46、50优选地包括“数字微镜装置”(DMD)，该装置便于其显示的图像的快速互换。
输入耦合分束器42、44允许例如尤其呈手术前获得的三维血管造影数据形式的显示信息叠加在被馈送至到双目镜筒20的目镜22和目镜24的物体区域32的图像上。
为此，显示器组件48、52的显示器46、50的显示区域各自通过第一显示器透镜组49和第二显示器透镜组51转移到平行光束路径中，并且借助于镜筒透镜21、23成像到双目镜筒20的左侧中间像平面25和右侧中间像平面27中。在此，观察者可以分别用左眼72和右眼74来观察。左侧中间像平面25和右侧中间像平面27中的中间图像由双目镜筒20中的目镜视场光阑29、31界定。每个显示器透镜组49、51各自包括透镜53、55，这些透镜可选择性地安排在去往输入耦合分束器42、44的光束路径中或所述光束路径之外。透镜53、55允许改变显示器46、50的显示器区域在左侧中间像平面25和右侧中间像平面27中的图像的成像比例。这个成像比例由显示器透镜组49、51的焦距fD与镜筒透镜21、23的焦距fT之比fD/fT决定。
为了致动显示器46、50的目的，手术显微镜10包括被实施为图像处理与控制装置的第一图像处理与控制装置54以及被实施为图像处理与控制装置的另外的图像处理与控制装置56，这些装置可以连接至外部计算机单元(未示出)。
为了可视化借助于图像捕捉装置35从第一光学物体区域成像光束路径28和第二光学物体区域成像光束路径30捕捉到的物体区域32的图像，手术显微镜10中存在图像再现装置58，该图像再现装置优选地被实施为3D监视器并且连接至图像处理与控制装置56。
手术显微镜10的成像光学单元14包括呈快门元件62形式的可切换光学组件、以及呈快门元件64形式的可切换光学组件。快门元件62、64可以借助于驱动器(未示出)以对应于双箭头60的方式移位。借助于快门元件62、64能够在输出耦合分束器34、26的背向主显微镜物镜系统16的这侧上选择性地启用或阻挡第一光学物体区域成像光束路径28和/或第二光学物体区域成像光束路径30。
图像处理与控制装置54和图像处理与控制装置56通过电控制线各自联接至该可切换光学组件。图像处理与控制装置54、56各自包括数据处理级。图像处理与控制装置54接收快门元件62的切换状态，并且图像处理与控制装置56接收快门元件64的切换状态。
在图1所示的手术显微镜处于第一操作状态下时，切换成像光学单元14，使得快门元件62和快门元件64启用第一光学物体区域成像光束路径28和第二光学物体区域成像光束路径30。接着，来自物体区域32的穿过主显微镜物镜系统16的光学物体区域成像光束路径28和30分别被馈送至手术显微镜10中的双目镜筒20的第一目镜22和第二目镜24。
在该手术显微镜的左侧中间像平面25和右侧中间像平面27中，物体区域32中的物场11(在图1中标识出)中具有长度lO的物体9在图2中示出的光学像场78中以成像比例MO＝lBO/lO被可视化，该成像比例由从物体区域32到左侧中间像平面25和右侧中间像平面27中的光学传输路径的组件限定的。
图3示出了手术显微镜10处于另外的操作状态下，在该另外的操作状态下，快门元件62和快门元件64阻挡第一光学物体区域成像光束路径28和第二光学物体区域成像光束路径30。在此，物体区域32的图像(借助于图像捕捉装置35的图像捕捉组件36和40所捕捉的并且由显示器组件48、52中的显示器46、50显示)可以分别被馈送至手术显微镜10中的双目镜筒20的第一目镜22和第二目镜24。
图像捕捉装置35的图像捕捉组件36可以使用从第一光学物体区域成像光束路径28解耦的光束路径来捕捉物体区域32的左立体部分图像。使用图像捕捉装置35的图像捕捉组件40，有可能通过使用从第二光学物体区域成像光束路径30解耦的光束路径来记录物体区域32的右立体部分图像。第一光学物体区域成像光束路径28的光轴和第二光学物体区域成像光束路径30的光轴围成了立体角θ。这使得即使第一光学物体区域成像光束路径28和第二光学物体区域成像光束路径30被快门元件62、64阻挡，仍能够通过手术显微镜10立体地可视化物体区域32。为此，接着借助于显示装置47的显示器组件48中的显示器46来产生双目镜筒20中的左立体部分图像，并且借助于显示器组件52中的显示器50来产生右立体部分图像。
接着在手术显微镜10的左侧中间像平面25和右侧中间像平面27中并且如图4所示，物体区域32中的物场11(在图1中标识出)中的物体9在与像场78相对应的区域中以成像比例ME＝lBe/1O被可视化，该成像比例由从物体区域32到左侧中间像平面25和右侧中间像平面27中的光学-电子-光学传输路径的组件限定。
应注意的是，手术显微镜10允许在显示装置的显示器46、50上不仅显示物体区域32的图像、还显示额外的信息，具体地例如血管造影数据、内窥镜图像、x射线记录或患者的MRI图像的图像信息，在图像处理与控制装置54、56中，这些信息通过与借助于图像捕捉装置35所捕捉的物体区域32的图像进行电子混合而组合。
图5示出了第一手术显微镜10中的光学传输路径57a、57b以及光学-电子-光学传输路径59a、59b，物体区域的分别具有成像比例MO＝IBO/IO和成像比例ME＝lBe/IO的图像借助于这些路径分别作为图像信息被提供在中间像平面25和27中。
手术显微镜10包括成像比例设定装置，该成像比例设定装置包括图像处理与控制装置54、56、透镜53、55、以及缩放系统33、39。
这个成像比例设定装置用于确保，当手术显微镜10从第一操作状态切换成另外的操作状态时，观察者在第一目镜22和第二目镜24中以相同的成像比例MO＝ME获得物体区域32的图像，在该第一操作状态下，借助于光学物体区域成像光束路径28、30通过光学传输路径57a、57b在中间像平面25、27中产生物体区域32的图像，并且在该另外的操作状态下，通过光学-电子-光学传输路径59a、59b在中间像平面25、27中产生的物体区域32的图像。当手术显微镜10从该另外的操作状态切换成该第一操作状态时，手术显微镜10中的成像比例设定装置还被实施为用于将光学传输路径57a、57b的成像比例MO设定成光学-电子-光学传输路径59a、59b的成像比例ME，在该另外的操作状态下，通过光学-电子-光学传输路径59a、59b在中间像平面25、27中提供物体区域32的图像信息，并且在该第一操作状态下，借助于光学物体区域成像光束路径28、30通过光学传输路径57a、57b在中间像平面25、27中产生物体区域32的图像。
图6示出了手术显微镜10中的图像传感器38的光敏区76以及在这个区76上具有直径D的物体区域图像的圆形像场78’。
在图7中，示出了在显示器透镜组49的透镜53被安排在使显示器46的显示区域在手术显微镜10的中间像平面25中成像的光束路径中的情况下，显示器46的显示区域在手术显微镜10的中间像平面25中的图像80。
相应的陈述适用于：在显示器透镜组51的透镜55位于使显示器50的显示区域在手术显微镜10的中间像平面25中成像的光束路径中的情况下，显示器50的显示区域在手术显微镜10的中间像平面27中的图像。
在此显示器46或显示器50的显示区域的图像80覆盖中间像平面25、27中具有直径D’的光学成像光束路径的像场78。当手术显微镜10以透过第一目镜22和第二目镜24借助于光学物体区域成像光束路径28、30的操作状态工作以用于观察物体区域32时，显示器透镜组49、51的这种设定适合于将显示器46、50的显示区域在中间像平面25、27中可视化。
图8示出了，在显示器透镜组49的透镜53被安排在使显示器46的显示区域在手术显微镜10的中间像平面25中成像的光束路径之外的手术显微镜10的操作状态下，显示器的显示区域在中间像平面25中的图像80。在此，像场78的直径D’再次超过显示器46的显示区域的窄侧的长度的两倍。
相应的陈述适用于：在显示器透镜组51的透镜55被安排在使显示器50的显示区域在手术显微镜10的中间像平面25中成像的光束路径之外的情况下，显示器50的显示区域在手术显微镜10的中间像平面27中的图像。
如果手术显微镜10以透过目镜22、24借助于仅馈送至图像捕捉装置35的物体区域成像光束路径28、30来观察物体区域32的操作状态工作，显示器透镜组49、51的这种设定适合于在中间像平面25、27中可视化显示器46、50的显示区域，在所述操作状态下快门元件62、64抑制观察光进入双目镜筒20的中间像平面25、26中，并且在所述操作状态下，借助于图像捕捉装置35的图像捕捉组件36和40捕捉的、在相应的图像处理与控制装置54、56的数据处理级中被处理的、并且在显示装置47的显示器46、50处显示的物体区域32的图像被相应地馈送至双目镜筒20的第一目镜22和第二目镜24。这是因为在这种设定中，可以在中间像平面25、27中以比基于图6解释的手术显微镜10的设定所允许的像素更大量的像素来产生显示器46、50的显示区域的图像。
在手术显微镜10中，显示器46、50的显示区域上的显示器透镜组49、51彼此匹配，其方式为使得当手术显微镜10从第一操作状态切换成另外的操作状态时(在该第一操作状态下，物体区域32通过第一光学物体区域成像光束路径28和第二光学物体区域成像光束路径30在左侧中间像平面25和右侧中间像平面27中成像，在该另外的操作状态下，物体区域32的借助于图像捕捉装置35的图像捕捉组件36和40捕捉的、并且借助于显示器组件48、52中的显示器46、50显示的图像被分别馈送至双目镜筒20的第一目镜22和第二目镜24)，针对由从物体区域32到左侧中间像平面25和右侧中间像平面27中的光学传输路径57a、57b的组件限定的成像比例MO、并且针对由从物体区域32到左侧中间像平面25和右侧中间像平面27中的光学-电子-光学传输路径59a、59b的组件限定的成像比例ME，以下成立：MO＝ME。
根据快门元件62、64的切换状态，手术显微镜10中的成像比例设定装置设定借助于该显示器46、50在中间像平面25、27可看见的该显示信息的成像比例。
在这种情况下接受的是，观察者在双目镜筒20的目镜22、24中的区域82、84中感知到由于显示器46、50的显示区域未成像到那里而出现的黑边。
应注意的是，在相对于上述手术显微镜10的实施例修改的实施例中，可以提供的是使得显示器透镜组49、51便于连续设定显示器的显示区域在中间像平面25、27中的图像的放大倍率。
图9示出了用于在第一操作状态下通过双目镜筒20来立体地可视化物体区域32的第二手术显微镜10’。图10示出了在第二操作状态下的第二手术显微镜10’。手术显微镜10和手术显微镜10’的彼此相同的组件用相同的附图标记表示。与手术显微镜10相比，手术显微镜10’不包括可调显示器透镜组49、51。在图8所示的操作状态下时，切换成像光学单元14，使得快门元件62和快门元件64启用第一光学物体区域成像光束路径28和第二光学物体区域成像光束路径30。于是双目镜筒20的第一目镜22和第二目镜24通过光学传输路径获得物体区域的图像。接着，来自物体区域32的穿过主显微镜物镜系统16的光学物体区域成像光束路径28和30分别被馈送至手术显微镜10’中的双目镜筒20的第一目镜22和第二目镜24。
在图10所示的手术显微镜10’处于操作状态下时，快门元件62和快门元件64阻挡第一光学物体区域成像光束路径28和第二光学物体区域成像光束路径30。在此，物体区域32的图像(借助于图像捕捉装置35的图像捕捉组件36和40所捕捉的并且由显示装置47的显示器46、50显示)沿着光学-电子-光学传输路径分别被馈送至手术显微镜10中的双目镜筒20的第一目镜22和第二目镜24。
图11示出了第一手术显微镜10中的光学传输路径57a、57b以及光学-电子-光学传输路径59a、59b，物体区域的分别具有成像比例MO＝lBO/IO和成像比例ME＝lBe/IO的图像借助于这些路径分别被提供在中间像平面25和27中。
手术显微镜10’也包括成像比例设定装置，该成像比例设定装置包括图像处理与控制装置54、56、透镜53、55、以及缩放系统33、39。
在此，手术显微镜10’中的图像处理与控制装置54、56进而确保，当手术显微镜10从第一操作状态切换成另外的操作状态时，观察者在第一目镜22和第二目镜24中以相同的成像比例MO＝ME获得物体区域32的图像，在该第一操作状态下，借助于光学物体区域成像光束路径28、30通过光学传输路径57a、57b在中间像平面25、27中产生物体区域32的图像，并且在该另外的操作状态下，通过光学-电子-光学传输路径59a、59b在中间像平面25、27中产生的物体区域32的图像。当手术显微镜10从该另外的操作状态切换成该第一操作状态时，手术显微镜10中的成像比例设定装置还被实施为用于将光学传输路径57a、57b的成像比例MO设定成光学-电子-光学传输路径59a、59b的成像比例，在该另外的操作状态下，通过光学-电子-光学传输路径59a、59b在中间像平面25、27中产生物体区域32的图像，并且在该第一操作状态下，借助于光学物体区域成像光束路径28、30通过光学传输路径57a、57b在中间像平面25、27中产生物体区域32的图像。
图12示出了借助于光学物体区域成像光束路径28、30通过光学传输路径57a、57b在中间像平面25、27中显示物体区域32的图像的情况下，具有直径D’的物体区域图像的圆形像场78’。
图13示出了显示器46的显示区域在手术显微镜10’的中间像平面25中的图像80。在图9的光学物体区域成像光束路径28、30被导向至目镜22、24的操作状态下，在中间像平面25、27中借助于第一光学物体区域成像光束路径28和第二光学物体区域成像光束路径30在像场78中产生的物体区域32的图像覆盖了显示器46或显示器50的显示区域的借助于显示器透镜组49或51而分别在物场11中产生的图像80。
如果手术显微镜10’从第一操作状态切换成另外的操作状态，则图像处理与控制装置54、56获得缩放系统33、39的设定作为操作数。接着，图像处理与控制装置54、56由此确定手术显微镜10’中光学传输路径57a、57b的成像比例MO，其中显示器组件48、52中的显示器46、50被切换成黑色。为了使得光学-电子-光学传输路径59a、59b的成像比例ME对应于光学传输路径57a、57b的成像比例MO，在此有必要通过显示器46、50来在中间像平面25、27中提供图像显示86，所述图像显示减小了手术显微镜10’中的图像捕捉装置35的图像传感器38捕捉的图像，其中显示器46、50不在中间像平面25、27的区域82、84中显示图像信息。中间像平面25、27中的没有图像信息的此类区域82、84被观察者感知为目镜22、24处的黑边。
为了避免此类区域82、84，图像处理与控制装置54、56致使缩放系统33、39沿第一光学物体区域成像光束路径28和第二光学物体区域成像光束路径30进行调整。
如图12所示，为此按以下方式来沿第一光学物体区域成像光束路径28和第二光学物体区域成像光束路径30调整缩放系统33、39：使得图像捕捉装置35的图像传感器38捕捉物场11来完全作为像场78”。根据缩放系统33、39的调整，图像处理与控制装置54、56于是按以下方式来重新缩放被馈送至显示器46、50的图像数据，使得通过图14所示的显示器46、50的显示86来在中间像平面25、27中产生物体区域32的图像，所述图像的成像比例MO对应于成像比例ME，并且像同图13中可见的图像80，所述图像覆盖光学传输路径57a、57b在中间像平面25、27中的像场78。
当从第一操作状态切换成另外的操作状态时，可以用第一转换操作模式和与该第一转换操作模式不同的第二转换操作模式来操作用于立体地可视化物体区域32的手术显微镜10’。
在该第一转换操作模式中，当第一光学物体区域成像光束路径28和第二光学物体区域成像光束路径30被快门元件62、64阻挡或启用时，持续该转换时间段地抑制在显示装置47的显示器46、50处显示该显示信息。在此，只有当手术显微镜10’中的光学-电子-光学传输路径59a、59b的成像比例ME与光学传输路径57a、57b的成像比例MO相适配时，或者当已经完成手术显微镜10’中的光学传输路径57a、57b的成像比例与手术显微镜10’中的光学-电子-光学传输路径59a、59b的成像比例ME的适配时，才通过显示器46、50在中间像平面25、27中向观察者提供显示信息。
在该第二转换操作模式中，当第一光学物体区域成像光束路径28和第二光学物体区域成像光束路径30被快门元件62、64阻挡或启用时，也持续该转换时间段地在显示装置47的显示器46、50处显示信息。在此，当缩放系统33、39沿第一光学物体区域成像光束路径28和第二光学物体区域成像光束路径30调整时，显示器46、50显示的物体区域的图像的、分别与缩放系统33、39的设定相适配的图像信息存在连续重新缩放，并且因此当手术显微镜10’从第一操作状态切换成另外的操作状态时，观察者不会感知到目镜22、24中的图像比例的变化。
应注意的是，在上述的手术显微镜10、10’的修改实施例中可以提供的是使得所述手术显微镜被设计成用于透过主观察者的双目镜筒和共同观察的一个或多个双目镜筒来观察物体区域。此外，应注意的是，上述的手术显微镜10、10’原则上还可以被设计成通过单目镜成像光束路径来观察物体区域。此外，应注意的是，本发明还涉及仅实现上述实施例的部分特征或者组合了第一手术显微镜10和第二手术显微镜10’的特征的手术显微镜。
总之，尤其应注意以下内容：本发明涉及一种用于为观察者产生物体区域32的观察图像的手术显微镜10、10’。所述手术显微镜具有目镜22、24，所述目镜用于观察在中间像平面25、27中的所述物体区域32的观察图像，并且所述手术显微镜包括成像光学单元14，所述成像光学单元用于通过光学物体区域成像光束路径在所述中间像平面25、27中产生所述物体区域32的光学图像，所述光学物体区域成像光束路径从所述物体区域32导向至所述中间像平面25、27。在所述手术显微镜10中，存在用于选择性地启用和中断所述光学物体区域成像光束路径的可切换光学组件62、64，以及图像传感器38，所述图像传感器用于通过从所述物体区域32导向至所述图像传感器38的光学图像传感器光束路径28’、30’来捕捉所述物体区域32的图像。所述手术显微镜10具有显示器46、50，所述显示器用于通过显示器成像光束路径28”、30”来将显示信息在所述中间像平面25、27中可视化，并且所述手术显微镜包括图像处理与控制装置54、56，所述图像处理与控制装置用于致动所述显示器46、50并且用于处理所述图像传感器38的图像数据并且将其输出到所述显示器46、50上。根据本发明，所述手术显微镜10包括成像比例设定装置，所述成像比例设定装置用于取决于所述光学组件62、64的切换状态来为通过所述显示器46、50而在所述中间像平面25、27中可看见的所述显示信息设定成像比例。
参考号清单
9 物体
10、10’ 手术显微镜
11 物场
12 手术显微镜主体
14 成像光学单元
16 主显微镜物镜系统
18 接口
20 双目镜筒
21 镜筒透镜
22 第一目镜
23 镜筒透镜
24 第二目镜
25 左侧中间像平面
26 另外的输出耦合分束器
27 右侧中间像平面
28 第一物体区域成像光束路径
30 第二物体区域成像光束路径
28’、30’ 图像传感器光束路径
28”、30” 显示器成像光束路径
29 目镜视场光阑
31 目镜视场光阑
32 物体区域
33 缩放系统/放大互换系统
34 输出耦合分束器
35 图像捕捉装置
36 第一图像捕捉组件
37 物镜系统
38 图像传感器
39 缩放系统/放大互换系统
40 第二图像捕捉组件
42 第一输入耦合分束器
44 第二输入耦合分束器
46 第一显示器
47 显示装置
48 显示器组件
49 第一显示器透镜组
50 第二显示器
51 第二显示器透镜组
52 显示器组件
53 透镜/光学放大互换系统
54 图像处理与控制装置
55 透镜/光学放大互换系统
56 图像处理与控制装置
57a、57b 光学传输路径
58 图像再现装置
59a、59b 光学-电子-光学传输路径
60 双头箭头
62 快门元件/可切换光学组件
64 快门元件/可切换光学组件
72 左眼
74 右眼
76 光敏区
78 圆形像场
78’ 像场
78” 像场
80 图像
82 具有黑边的区域
84 具有黑边的区域
86 图像显示器

Claims (6)

1.一种用于为至少一个观察者产生物体区域(32)中的物场(11)的观察图像的手术显微镜(10，10’)，
具有目镜(22，24)，所述目镜用于观察在中间像平面(25，27)中的所述物体区域(32)中的物场(11)的观察图像，
具有成像光学单元(14)，所述成像光学单元用于在所述中间像平面(25，27)中产生所述物体区域(32)中的物场(11)的光学图像，
具有光学物体区域成像光束路径(28，30)，所述光学物体区域成像光束路径通过光学传输路径(57a，57b)从所述物体区域(32)被导向至所述中间像平面(25，27)，
具有用于选择性地启用和中断所述光学物体区域成像光束路径(28，30)的可切换光学组件(62，64)，所述光学组件在第一切换状态下启用所述光学传输路径(57a，57b)、并且在与所述第一切换状态不同的另外的切换状态下中断所述光学传输路径(57a，57b)，
具有至少一个图像传感器(38)，所述至少一个图像传感器用于通过从所述物体区域(32)被导向至所述图像传感器(38)的光学图像传感器光束路径(28’，30’)来捕捉所述物体区域(32)的图像，
具有显示器(46，50)，所述显示器用于通过显示器成像光束路径(28”，30”)来将显示信息在所述中间像平面(25，27)中可视化，并且
具有图像处理与控制装置(54，56)，所述图像处理与控制装置用于致动所述显示器(46，50)并且用于处理所述图像传感器(38)的图像数据并且将其输出到所述显示器(46，50)上以提供用于在所述中间像平面(25，27)中产生所述物体区域(32)的图像的光学-电子-光学传输路径(59a，59b)，
具有成像比例设定装置，所述成像比例设定装置用于取决于所述光学组件(62，64)的切换状态来为通过所述显示器(46，50)而在所述中间像平面(25，27)中可看见的所述显示信息设定成像比例，并且
具有用于联接所述可切换光学组件以及所述成像比例设定装置的联接器件，
其中
所述成像比例设定装置具有被安排在所述图像传感器光束路径(28，28’，30，30’)中的光学放大互换系统(33，39)，
其中所述放大互换系统(33，39)是用于通过所述光学物体区域成像光束路径(28，30)在所述中间像平面(25，27)中产生所述物体区域(32)的光学图像的所述成像光学单元(14)的构成部分，
其中，当从所述可切换光学组件(62，64)的第一切换状态切换成另外的切换状态时，所述成像比例设定装置在所述可切换光学组件(62，64)的所述第一切换状态下将所述光学-电子-光学传输路径(59a，59b)的成像比例设定成所述光学传输路径(57a，57b)的成像比例、并且通过设定所述光学放大互换系统(33，39)来致使所述至少一个图像传感器(38)捕捉所述物场(11)来完全作为像场(78”)，
其中在所述中间像平面(25，27)中呈由所述至少一个图像传感器(38)捕捉到的所述物体区域(32)的图像的形式的所述显示信息在所述可切换光学组件(62，64)的第一切换状态下覆盖所述光学传输路径(57a，57b)的像场(78”)，所述显示信息在所述可切换光学组件(62，64)的这个切换状态下通过所述显示器(46，50)在所述显示器成像光束路径(28”，30”)中被可视化，并且
其中所述图像处理与控制装置(54，56)在所述另外的切换状态下重新缩放被供应至所述显示器(46，50)的图像数据，其方式为使得通过所述显示器(46，50)在所述中间像平面(25，27)中的显示(86)来在所述物体区域(32)中产生所述物场(11)的图像，所述图像的成像比例(ME)对应于所述光学传输路径(57a，57b)的成像比例(MO)。
2.如权利要求1所述的手术显微镜(10，10’)，其中，所述放大互换系统是无焦缩放系统(33，39)。
3.如权利要求1或2所述的手术显微镜(10，10’)，其中，所述成像比例设定装置具有集成在所述图像处理与控制装置(54，56)中的数据处理级。
4.如权利要求1或2所述的手术显微镜(10，10’)，其中，用于选择性地启用和中断所述光学物体区域成像光束路径(28，30)的所述可切换光学组件被实施为可切换快门(62，64)。
5.一种用于操作为至少一个观察者产生物体区域(32)中的物场(11)的至少一个观察图像的手术显微镜(10，10’)的方法，所述手术显微镜
具有目镜(22，24)，所述目镜用于观察在中间像平面(25，27)中的所述物体区域(32)中的物场(11)的观察图像，
具有成像光学单元(14)，所述成像光学单元用于在所述中间像平面(25，27)中产生所述物体区域(32)中的物场(11)的光学图像，
具有光学物体区域成像光束路径(28，30)，所述光学物体区域成像光束路径通过光学传输路径(57a，57b)从所述物体区域(32)被导向至所述中间像平面(25，27)，
具有用于选择性地启用和中断所述光学物体区域成像光束路径(28，30)的可切换光学组件(62，64)，所述光学组件在第一切换状态下启用所述光学传输路径(57a，57b)、并且在与所述第一切换状态不同的另外的切换状态下中断所述光学传输路径(57a，57b)，
具有至少一个图像传感器(38)，所述至少一个图像传感器用于通过从所述物体区域(32)被导向至所述图像传感器(38)的光学图像传感器光束路径(28，28’，30，30’)来捕捉所述物体区域(32)的图像，
具有显示器(46，50)，所述显示器用于通过显示器成像光束路径(28”，30”)来将显示信息在所述中间像平面(25，27)中可视化，并且
具有图像处理与控制装置(54，56)，所述图像处理与控制装置用于致动所述显示器(46，50)并且用于处理所述图像传感器的图像数据并且将其输出到所述显示器(46，50)上以提供用于在所述中间像平面(25，27)中产生所述物体区域(32)的图像的光学-电子-光学传输路径(59a，59b)，
其中根据所述光学组件(62，64)的切换状态，通过成像比例设定装置来设定通过所述显示器(46，50)在所述中间像平面(25，27)中可看见的显示信息的成像比例，
其中
所述成像比例设定装置具有被安排在所述图像传感器光束路径(28，28’，30，30’)中的光学放大互换系统(33，39)，
其中所述放大互换系统(33，39)是用于通过所述光学物体区域成像光束路径(28，30)在所述中间像平面(25，27)中产生所述物体区域(32)的光学图像的所述成像光学单元(14)的构成部分，
其中在第一步骤中，通过从所述物体区域(32)到所述中间像平面(25，27)的用于图像信息的所述光学传输路径(57a，57b)，来在所述中间像平面(25，27)中产生所述物体区域(32)的图像，
其中在所述第一步骤之后的第二步骤中，通过从所述物体区域(32)到所述中间像平面(25，27)的用于图像信息的所述光学-电子-光学传输路径(59a，59b)，来在所述中间像平面(25，27)中产生所述物体区域(32)的图像，
其中当从所述可切换光学组件(62，64)的第一切换状态切换成所述另外的切换状态时，所述光学-电子-光学传输路径(59a，59b)的成像比例(ME)被设定成所述光学传输路径(57a，57b)的成像比例(MO)，
其中设定所述光学放大互换系统(33，39)，其方式为使得至少一个图像传感器(38)捕捉所述物场(11)来完全作为像场(78”)，
其中所述显示信息是由所述至少一个图像传感器(38)捕捉到的所述物体区域的图像，在所述可切换光学组件(62，64)的第一切换状态下所述信息覆盖所述光学传输路径(57a，57b)在所述中间像平面(25，27)中的像场(78”)，并且
其中在所述另外的切换状态下被供应至所述显示器(46，50)的所述图像数据被重新缩放，其方式为使得通过所述显示器(46，50)在所述中间像平面(25，27)中的显示(86)来在所述物体区域(32)中产生所述物场(11)的图像，所述图像的成像比例(ME)对应于所述光学传输路径(57a，57b)的成像比例(MO)。
6.如权利要求5所述的方法，其中，当设定所述光学-电子-光学传输路径(59a，59b)的成像比例(ME)时，抑制所述显示器(46，50)显示显示信息，或者其中当设定所述光学-电子-光学传输路径(59a，59b)的成像比例(ME)时，实现所述显示器(46，50)以如下成像比例显示显示信息，所述成像比例与被安排在所述光学-电子-光学传输路径(59a，59b)中的光学放大互换系统(33，39)的放大倍率相匹配。
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