DD265709A1 - Mikroskop, insbesondere stereoskopisches operationsmikroskop - Google Patents

Abstract

Die Forderung nach hoher Aufloesung und Lichtstaerke wird realisiert, indem in mindestens einem Strahlengang eine Aperturblende vorgesehen ist, die aus mindestens zwei, simultan wirksamen, konzentrischen Bereichen besteht, wobei die Bereiche der Aperturblende unterschiedliche Transmissionseigenschaften aufweisen. Anwendbar in der Mikroskopie. Fig. 5 a und b

Description

Fig. 1: schematische Darstellung eines Operationsmikroskops Fig. 2: graphische Darstellung der Modulationsübertragungsfunktion Fig. 3: graphische Darstellung des Zusammenhanges zwischen optischer Tiefenschärfe, Lichtstärke, Apertur und

Aperturblendendurchmesser Fig. 4: erfindungsgemäße Aperturblende Fig. 6: Einbaubeispiei für <im erfindungsgemäße Aperturblende Fig. 6: besondere Ausfiihrungsform einer erfindungsgemäßen Aperturblende Fig. 7: Einbaubeispiel, seitliche Ansicht ^pig.8: Einbaubeispiel, Draufsicht

Die Bezugszeichen In Fig. 1 haben folgende Bedeutung: 1 ist das Objekt, 2 ist ein Objektiv, 3 und 3' sind zwei optische Systeme zur Veränderung der Vergrößerung des Operationsmikroskops, 4,4' sind zwei feststehende Blender, herkömmlicher Art, die a' Aperturblende maximaler Öffnung wirken und die vorteilhaft an den beobachterseitigen Ausgang der Systeme 3,3' gelegt sind. 5,5' sind zwei erfindungsgemäße Aperturblenden, ihrer Funktion wegen im weiteren als Multiaperturblenden bezeichnet, 6,6' sind Tubusobjektive, 7, T Umkehrprismen und 8,8' sind Okuiare.

Fig. 2 stellt den Verlauf der Modulationsübertragungsfunktion (MUF) gtaphisch dar. Die MUF charakterisiert die Leistungsfähigkeit des optischen Systems und stellt ein Gütemaß für die Übertragungseigenschaften dar. Auf der Abszisse ist die Linienfrequenz eines gitterartigen Testobjektes vom Kontrast K = 1 und als Ordinate der Kontrast des mit einem optimal korrigierten optischen System erzeugten Bildes dieses Objektes mit der Apertur als Parameter aufgetragen. Die Gerade (a) charakterisiert ein optisches System mit großer Apertur, die Gerade (c) ein System mit geringer Apertur und die Gerade (b) ein System mit dazwischenliegendem Aperturwert.

Fig. 3 stellt den allgemeinen Zusammenhang zwischen Tiefenschärfe TS, numerischer Apertur NA und Durchmesser der Aperturblende DB graphisch dar.

In Fig.4 (a, b) ist eine erflndungsgemaße Multlaperturblende dargestellt. Die Bezugszeichen bedeuten 10—eine Trägerplatte aus Glas, 12 — eine teildurchlässige Schicht, vorzugsweise eine aufgedampfte Chromschicht, wegen der Funktion im weiteren als Arbeitsebenen-Blendenöffnung bezeichnet, 13 ist ein zentraler, kreisrunder aus der teildurchlässigen Schicht ausgesparter Bereich, der wegen seiner Funktion im weiteren als Tiefenbild-Blendenöffnung bezeichnet wird. Fig. 5 a und b zeigt die Einbauposition der Multlaperturblende in Beziehung zu einer festen Aperturblende 11 entsprechend 4 in Fig. 1 in einem stereoskopischen Operationsmikroskop. Fig.β (a, b) zeigt eine vorteilhafte Ausführungsform von Multiaperturblenden für ein stereoskopisches Mikroskop. In Fig.β bedeuten 14 — eine kreisrunde Trägerplatte aus Glas, 20 ist eine senkrecht durch die Trägerplatte gehend gedachte Drehachse dieser Platte, 15 ist eine teildurchlässige Schicht, vorzugsweise eine aufgedampfte Chromschicht, 16,16' und 16",16" sind Tiefenbild-Blendenöffnungen, paarweise mit unterschiedlichen Öffnungsdurchmessern, 18 ist eine ringförmige metallische Fassung der Trägerplatte 14. Die Fassung 18 weist Raststellen 19 auf, welche die Lage der Tiefenbild-Blendenöffnungen zur Drehachse 20 fixieren, 17 ist eine Führungsnut in der Fassung 18. Hg. 7 zeigt im Querschnitt die Einbauposition diener Ausführungsform von Multiaperturblenden für ein Stereomikroskop. In Fig. 7 bedeuten 9 — der Mikroskopkörper mit dem Objektiv 2 und den Vergrößerungswechslern 3,3', 4,4' die festen Aperturblenden maximaler Öffnung, 14 die Trägerglasplatte mit der teildurchlässigen Schicht 15 und den Tiefenbild-Blendenöffnungen 16,16', 16", 16". 18 ist die ringförmige Fassung der Multiaperturblende end 20 ist die gedachte Drehachse, welche mit der optischen Achse des Objektivs 2 zusammenfällt. In Fig.8 ist das Einbaubeispiel vor. Fig.7 in der Schnittebene A-A' dargestellt. Die Bezugszeichen bedeuten 16,16'Tiefenbild-Blendenöffnung in Arbeitsstellung, 15 —teildurchlässige Schicht (einfach schraffiert), welche die Arbeitsebenen-Blendenöffnung realisiert, 9' — Deckplatte des Mikroskopkörpers 9, durch welche die Aperturblenden maximaler öffnung 4,4' gebildet werden kreuzweise schraffiert, 16",Ie" Tiefenbild-Blendenöffnung außer Arbeitsstellung, 18 Fassungsring, 19 Raststellen und 19' — federnde Rastung. Bei der Beobachtung mit dem in Fig. 1 dargestellten Stereomikroskop befindet sich das Objekt 1 in der Brennebene des Objektivs 2. In den beiden stereoskopischen Strahlengängen befindliche Fernrohrsysteme entwerfen Bilder im Unendlichen, die mit dem Einblicksystem, bestehend aus Tubusobjektivon 6,6', Umkehrprismen 7,7' und Okularen 8,8' stereoskopisch beobachtet werden. Zwischen dem Ausgang dor Fernro'nrsysteme 3,3' und den Tubusobjektiven 6,6' gelegene Blenden 4,4' bestimmen die Apertur des Gesamtsystems. Die Apertur des Gesamtsystems beeinflußt dessen optische Eigenschaften in der in Fig. 2 mittels der MÜF dargestellten Weise. Insbesondere ist bol großer Apertur Auflösungsvermögen und Kontrastwiedergabe höher (Gerade a) als bei geringer Apertur (Gerade c). Die Gerade (b) repräsentiert einen dazwischenliegenden Wert, wie er bei den dom Stand der Technik entsprechenden Operationsmikroskop^ benutzt wird. Aus Fig. 3 ist zu entnehmen, wie numerisch Apertur NA, Lichtstärke LS und Tiefenschärfe TS vom Durchmesser DB der maximalen Aperturblende im praktisch wichtigen Bereich abhängen. Mit wachsendem Blendendurchmesser nehmen numerische Apertur NA und Lichtstärke LS zu. Das bedeutet nach Fig. 2 eine Verbesserung von Auflösungsvermögen und Kontrastübertragung (Gerade a), damit verbunden ist eine Abnahme der Tiefenschärfe TS. Praktisch erwünscht sind einerseits hohes Auflösungsvermögen und hohe Kontrastwiedergabe sowie große Lichtstärke LS in der Arbeitsebene und andererseits hohe Tiefenschärfe TS. Dabei dient die hohe Tiefenschärfe der Orientierung im Raum vor und hinter der Arbeitsebene und insbesondere der sicherem Positionierung und Führung der Operationsinstrumente und erfordert deshalb geringeres Auflösungsvermögen und geringere Bildhelligkeit als für die Arbeitsebene verlangt werden muß. Fig. 4 zeigt eine erfindungsgomäße Multiaperturblende, die ein mikroskopisches Beobachtungs- und Aufnahmeverfahren gestattet, welches die beschriebenen Forderungen und Funktionen gleichzeitig erfüllt. Dabei wird die erwünschte hohe Tiefenschärfe durch dieTiefenbild-Blendenöffnur<g (13 in Fig.4 und 5 sowie 16.16' und 16", 16'" in Fig.6,7 und 8) realisiert und die erwünschte hohe Apertur durch die Wirksamkeit der öffnung der Blenden 4,4' mit der maximal möglichen Apertur. Dabei setzt die teildurchlässige Schicht 12 die Bildhelligkeit entsprechend dem Transmissionsfaktor dieser Schicht herab, was wiederum dadurch ausgeglichen wird, daß auf Grund der größeren Apertur die Lichtstärke dos Gesamtsystems größer sein kann als sie es bisher unter der Nebenbedingung ausreichender Tiefenschärfe sein konnte. Fig. 5 zeigt eine erfindungsgemäße Multiaperturblende mit der Tietonbild-Blendenöffnung 13 und der Arbeitsebenen-Blendenöffnung 12 eingebaut und im Zusammenwirken mit einer festen Aperturhlende 4. Die Tiefenbild-Blendenöffnung 13 wirkt als eine Aperturblende mit geringer öffnung und erzeugt ein Bild, bei dem relativ grobe Objektstrukturen, wie sie in dor praktischen Anwendung durch

Operationsinstrumente und Operationshilfsmittel sowie durch die Finger des Operateurs gegeben sind, in relativ großer Tiefenausdehnung wiedergegeben werden. Dieses Bild ist auf Grund der geringen Apertur der Tiefenbild-Blendenöffnung und der damit geringeren Lichtstärke von geringer Helligkeit im Vergleich zu dem Bild, welches von der Arbeitsebenen-Blendenöffnung 12 erzeugt wird. Daboi wird die maximale Apertur durch den Durchmesser der festen Blende 4 realisiert. Das so erzeugte Bild zeichnet sich auf Grund der großen wirksamen Apertur durch hohen Kontrast und Detailreichtum aus (vergl. — Fig. 2 — MÜF, Gerade a). Aus der Relation von Transmissionswert T der teildurchlässigen Schicht, dem Durchmesser der Tiefenbild-Blendenöffnung DTB und dem Durchmesser der Arbeitsebenen-Blendenöffnung DAB läßt sich das Verhältnis der Helligkeitseindrücke von beiden Bildanteilen nach Wunsch variieren. Als Dimonsionierungsbeispiel wird T = ^0%, DTB = 3mm, DAB = 16mm gegeben.

Fig. 6 zeigt eine vorteilhafte Ausführungsform der Multiaperturblende für Stereomikroskope. Die mit der teildurchlässigen Schicht beschichtete kreisrunde Tragerglasplatte 14 ist in eine Metallfassung 18 gefaßt. Der Durchmesser der Platte 14 erlaubt, mit unterschiedlichen Öffnungsdurchmessern herzustellen. Die Fassung ist mit einer Ringnut 22 zur Führung und mit Rastpunkten 19 versehen. Fig. 7 zeigt ein Einbaubeispiel für die Ausführungsform gemäß Fig. 6 in einer seitlichen Ansicht. Die Drehachse 20 der Multiaperturblende in Fig. 7 erlaubt es, Tiefenbild-Blenden verschiedenen Durchmessers paarweise in den Strahlengang einzuschalten, um wahlweise verschiedene Relationen von Tiefenschärfe und Bildhelligkeit des Tiefenbildes zu realisieren. Dabei sichern die Rasten 19 die Koaxialitat der Blendenlage zu den Achsen der bbiden stereoskopischen Strahlengänge. Fig. 8 zeigt die Draufsicht auf die Anordnung gemäß Fig. 7 im Schnitt A-A' wobei die bequeme Umschaltbrkeit der Tiofenbild-Blendenpaare deutlich wird. Die Ausführungsform der Multiaperturblenden gemäß Fig. β, 7 und 8 zeichnet sich durch einen weiteren Vorteil aus: Beim Umschalten der Blendonpaare verschwindet das Bild nicht, wie es bei einer opaken Scheibe mit verschiedenen Blendenöffnungen der Fall wäre, Irisblenden lassen sich bei der durch die vorgegebene Maximaltemperatur bestimmte Geometrie nicht verwirklichen. In einer möglichen Weiterbildung der erfindunysgemäßen Multiaperturblende, die besonders vorteilhaft bei der Untersuchung von Objekten mit selektiven spektralen E genschaften ist (Remission, Fluroreszenz) kann die teildurchlässige Schicht als InterferenzTilter ausgeführt sein.

In einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Multiaperturblende wird das Helligkeitsverhältn s von Tiefenbild und Arbeitsebenen-Bild kontinuierlich geregelt. Bei dieser Ausführungsform besteht die Multiaperturblende b'js einer polarisierenden Schicht (Polarisationsfolie), und die Transmission der Arbeitsebenen-Blendenöffnung wird dunS Verdrehung eines Analysators variiert.

In einer Weiterentwicklung des Erfindungsgedankens wird es ermöglicht, den beabsichtigten Effekt zu erzielen, ohne dio Helligkeit des mit Maximaltemperorur gewonnenen Bildes durch eine teildurchlässige Schicht merklich einzuschränken. Fig.9 zeigt eine Ausführungsform besagter Weiterentwicklung. In Fig.9 bedeuten 1 — Objekt, 2 — Objektiv, 3,3' — Systeme zum Vergrößerungswechsel, 6 — Tubusobjektiv, 7 — Umkehrprisma, 8-Okular, 22 ist ein aus zwei Prismen zusammengesetzter Strahlenteiler. 23 ist eine teildurchlässige Spiegelschicht von elliptischer Gestalt, koaxial zum Strahlengang durch 3 und 4.24 ist ein Spiegel, 25 ist ein Objektiv, 26 ist ein elektronischer Bildverstärker, 27 ist e .ie Abbildungsoptik, 28 ein Spiegel 29 ist ein Strahlenteilerprieme mit einer Teilverspiegelung geringen Reflexionsvermögens. Das Objekt 1 wird mit dem Objektiv 2 nach Unendlich abgebildet. Für das System zum Vergrößerungswechsel 3 ist die Blende 4 maximale Aperturblende. Über die elliptische teildurchlastige Schicht 22 wird ein Teil des achsialen Strahlenbündels ausgespiegelt. Dabei wirkt der Durchmesser der Projektion senkrecht zur optischen Achse als Durchmesser der Tiefenbild-Blende. Über den Spiegel 24 wird mit dem Objektiv 25 das Bild mit hoher Tiefenschärfe und geringer Auflösung auf den Eingang des Bildverstärkersystems 26 entworfen. Das Objektiv 27 entwirft über den Spiegel 28 und den teildurchlässigen Spiegel 30 ein Bild des Ausgangs des Bildverstärkers 26 im Unendlichen, welches zusammen mit dem mit Maximalapertur 4 erzeugten Bild über das Tubusobjektiv 6, Umkehrprisma 7 und Okular 8 beobachtet wird. Das auf dem Eingang des Bildverstärkers erzeugte Bild ist wegen der geringen wirksamen Apertur (Durchmesser der Projektion des Spiegels 23 beispielsweise 3mm, Reflexionsvermögen beispielsweise 30%) von geringer Helligkeit. Dieser Mangel wird durch den elektronischen Bildverstärker 26 ausgeglichen, so daß das über den toildurchlässigen Spiegel 30 (Reflexionsvermögen maximal für den Spektralbereich der Leuchtstoffschicht des Ausgangs vom Bildverstärker 26, und beispielsweise bei 10% liegend) zu beobachtende Tiefenbild neben dem Hellen mit großer Apertur erzeugten Arbeitsebenenbild gut beobachtbar ist.

Claims (3)

1. Mikroskop, insbesondere stereoskopisches Operationsmikroskop mit Aperturblonde, dadurch gekennzeichnet, daß in mindestens einem Strahlengang eine Aperturblende vorgesehen ist, die aus mindestens zwei, simultan wirksamen, konzentrischen Bereichen besteht, wobei die Bereiche der Aperturblende unterschiedliche Transmissionseigenschaften aufweisen.

2. Mikroskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Ort der Aperturblende über Strahler teiler ein enges Strahlenbündel aus der Achse ausgespiegelt wird, mit diesem Bündel geringer Apertur über ein Objektiv ein lichtschwaches Bild hoher Tiefenschärfe auf den Eingang eines Lichtverstärkers entworfen wird, und das auf der Ausgangsseite des Lichtverstärkers entstehende Bild in den Mikroskopsti ahlengang vor dem Tubusobjektiv eingespiegelt wird.

Hierzu

3 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Frflndung

Die erfindungsgemäße Anordnung ist sowohl bei Operationsmikroskopen als auch allgemein in der Mikroskopie anwendbar, speziell bei bestehender Forderung nach relativ hohem Auflösevermögen bei großer Tiefenschärfe und gleichzeitiger Bildhelligkeit.

Charakteristik der bekannten technischen Losungen

Bekannte stereoskopische Operationsmikroskope weisen im Strahlengang nach dem Objektiv für jeden Teilstrahlengang einen Vergrößerungswechsler auf, der als Galllei-Hernrohr oder als Zoom-System ausgebildet sein kann. Danach folgen im Strahlengang Tubusobjektive, Umkehrprismen und Okulare. Entscheidend für Auflösungsvermögen, Lichtstärke und Tiefenschärfe des Gesamtsystems ist die Aperturblende, welche jeweils im Vergrößerungcwechsler realisiert ist. Dabei sind hohe Lichtstärke und hohes Auflösungsvermögen einerseits mit geringer Tiefenschärfe andererseits verbunden. Andererseits bedingt hohe Tiefenschärfe ein geringes Auflösungsvermögen und geringe Lichtstärke. Bei den in den bekannten technischen Lösungen eingegangenen Kompromissen bleibt im Hinblick auf Fotodokumentation und Einsatz von Videotochnik die Fordorung nach erhöhter Lichtstärke, verbessertem Auflösungsvermögen und verbesserter Kontrastwiedergabe in der Ebene des Operationsfeldes sowie nach Tiefenorientierung im Operationsraum, sicherer Positionierung und Führung der Operationsinstrumente, d. h. nach größerer Tiefenschärfe, bestehen.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist eine Erhöhung des Gebrauchswertes bei der mikroskopischen Beobachtung bezüglich der genannten Komponenten.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, die Forderungen nach hoher Auflösung, hoher Lichtstärke zu erfüllen, d.h. die Relation der genannten Komponenten zu verbessern. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Mikroskop, insbesondere einem stereoskopischen Operationsmikroskop, dadurch gelöst, daß in mindestens einem Strahlengang eine Aperturblende vorgesehen ist, die aus mindestens zwei, simultan wirksamen, konzentrischen Bereiten besteht, wobei die Bereiche der Aperturblende unterschiedliche Transmissionseigenschaften aufweisen. Eine komplementäre, vorteilhafte Aufgestaltung der Erfindung besteht darin, daß am Ort der Aperturblende übei Strahlenteiler ein enges Strahlenbündel aus der Achse ausgespiegelt wird, mit diesem Bündel geringer Apertur über ein Objektiv ein lichtschwaches Bild hoher Tiefenschärfe auf dem Eingang eines Lichtvarstärkers entworfen wird, und das auf der Ausgangsseite des Lichtverstarkers entstehende Bild in den Mikroskopstrahlengang vor dem Tubusobjektiv eingespiegelt wird.

Durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Aperturblenden, deren Bereiche simultan wirken, erzeugt die engste Blendenöffnung ein lichtschwaches Bild großer Tiefenschärfe und geringer Auflösung, dio größte Blendenöffnung ein lichtstarkes Bild hoher Auflösung und geringer Tiefenschärfe. Beido Bilder überlagern sich und werden gleichzeitig betrachtet.

Ausführungsbelsplol

Eifindungsgedanke und Funktion einer erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. d»s damit möglichen mikroskopischen Beobachtungsverfahrens werden nachstehend an Hand von schematischen Darstellungen erläutert. Es zeigen: