DD282994B5 - Coaxial illumination system for stereoscopic microscopes - Google Patents

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DD282994B5 DD32818889A DD32818889A DD282994B5 DD 282994 B5 DD282994 B5 DD 282994B5 DD 32818889 A DD32818889 A DD 32818889A DD 32818889 A DD32818889 A DD 32818889A DD 282994 B5 DD282994 B5 DD 282994B5
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Manfred Dipl-Phys Dr Ludwig
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Zeiss Carl Jena Gmbh
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    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00—Microscopes
    • G02B21/06—Means for illuminating specimens
    • G02B21/08—Condensers
    • G02B21/082—Condensers for incident illumination only

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Abstract

The co-axial illumination system is for a stereoscopic microscope, esp. a microscope used in surgical operations. The system has a light source (12), a lens (13) and mirror (14) which illuminates a zone (6) of ellipsoidal form. The microscope has two lens systems (3) which are spaced to correspond to the distance between the pupils of the eyes of the observer. An ellipsoidal mirror (5) mounted below the lenses (3) lies on the surface of the ellipsoid (6) of illumination. The incidence and reflected rays from the two foci (8) and (9) of the ellipsoid (6) form an angle (W1). The tangent of this angle (W1) and the major and minor axes of the ellipsoid are defined by mathematical formulas given in the claim. USE - Surical operations with examination of operating field by stereo microscope.

Description

eines mit seiner großen Hauptachse um den Winkel arctg · (Ri/R2) gegen die Objektivachse geneigten Rotationsellipsoides ist, dessen große Halbachse die Länge a = (R, + Rj)/2 und kleine Halbachse die Lange b = sqr ((R1 χ R2)/2) aufweist und ein erster Brennpunkt des Rotationsellipsoides mit der Objektfeldmitte zusammenfällt und sich im /weiten Brennpunkt des Ellipsoides die ' Lichtquelle oder die Leuchtfeldblende befindet.is an ellipsoid of revolution which is inclined with its large main axis by the angle arctg · (Ri / R 2 ) against the objective axis, whose large semiaxis is the length a = (R, + Rj) / 2 and small semiaxis is the length b = sqr ((R 1 χ R 2 ) / 2) and a first focal point of the ellipsoid of revolution coincides with the center of the object field and the light source or the field diaphragm is located in the / wide focal point of the ellipsoid.

Weiterhin ist es vorteilhaft, daß die Spiegelfläche Teil eines elliptischen Zylinders ist, dessen eine Bronnlinie in der Mitte der Objektfeldebene verläuft und in dessen anderer Brennlinie sich eino linoar ausgedehnte Lichtquelle befindet und die Spiegelfläche im wesentlichen Licht der Wellenlänge zwischen 420nm und 650nm reflektiert und daß das Reflexionsvermögen der Spiegelschicht in den physiologisch schädlichen Wellenlängonbereichen, insbesondere unterhalb 450 um, gering ist. Die Erfindung ist von besonderer Bedeutung für bestimmte Operationstechniken, insbesondere der Katarakt-Extraktion und nachfolgender Implantation von Intraokularlinson.Furthermore, it is advantageous that the mirror surface is part of an elliptical cylinder whose Bronnlinie runs in the middle of the object field plane and in the other focal line eino linoar extended light source and the mirror surface substantially reflects light of wavelength between 420nm and 650nm and that Reflectance of the mirror layer in the physiologically harmful wavelength ranges, in particular below 450 microns, is low. The invention is of particular importance for certain surgical techniques, in particular cataract extraction and subsequent implantation of intraocular lens.

AusführungsbeisplelAusführungsbeisplel

Erfindungsgedanke und Funktion einer erfindungsgemäßen Vorrichtung seien an Hand von schematischen Darstellungen und Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigen:Invention concept and function of a device according to the invention will be explained with reference to schematic representations and exemplary embodiments. Show it:

Fig. 1: Abbildungssystem mit Hilfskonstruktion zur Bestimmung der SpiegeltopologieFig. 1: imaging system with auxiliary construction for determining the mirror topology

Fig. 1.1: SeitenansichtFig. 1.1: side view

Fig. 1.2: DraufsichtFig. 1.2: top view

Fig. 2: Gestalt des Spiegels.Fig. 2: shape of the mirror.

Die Bezugszeichen in Fig. 1.1 und 1.2 haben folgende Bedeutung:The reference numerals in FIGS. 1.1 and 1.2 have the following meaning:

1 ist ein Gehäuse eines stereoskopischen Operationsmikroskopes. 2 ist ein Objektiv und 3 respektive 3' sind zwei Fernrohrsysteme variabler Vergrößerung (Vergrößerungswechsler) für die beiden stereoskopischen Strahlengänge. 4-4' ist die optische Achse des Objektivs dos stereoskopischen Operationsmikroskopes. 12 ist eine Lichtquelle, 13 eine Linse, 14 eine reflektierende Fläche (Spiegel oder totalrefloktierende Prismonfläche) und 15 eine weitere Linse. Die Bauteile 12,13,14 und 15 bilden gemeinsam das quasikoaxiale Hauptbeleuchtungssystems des Operationsmikroskopea. 6 ist, mit einer unterbrochenen Strichlinio dargestellt, ein gedachtes Rotationsellipsoid mit einer großen Achse 7-7' und Brennpunkten 8 und 9. Ein Spiegel 5 mit seinem Schwerpunkt 10 ist als Teil des Rotationsellipsoides 6 verwirklicht.1 is a housing of a stereoscopic surgical microscope. 2 is a lens and 3 or 3 'are two variable magnification (magnification changer) telescope systems for the two stereoscopic optical paths. 4-4 'is the optical axis of the lens dos stereoscopic surgical microscope. 12 is a light source, 13 a lens, 14 a reflective surface (mirror or total refracting prism face), and another lens. The components 12, 13, 14 and 15 together form the quasi-coaxial main illumination system of the surgical microscope. 6, shown with a broken dashed line, an imaginary ellipsoid of revolution with a major axis 7-7 'and focal points 8 and 9. A mirror 5 with its center of gravity 10 is realized as part of the ellipsoid of revolution 6.

Fig. 2 zeigt die Gestalt des Ellipsoidspiegel 5 mit zwei annähernd kreisförmigen Einbuchtungen 5' und 5", welche die Öffnung für die beiden stereoskopischen Strahlengänge freigeben und eine begrenzende Kante 5"', welche das von der quasikoaxialen Hauptbeleuchtung auf das Objekt gerichtete Licht nicht abschattet. 10 markiert den Punkt, der sich in der Mitte unter der Stereobasis befindet. 11 ist eine vorzugsweise im Bereich von etwa 420nm bis 650nm gut reflektierende Spiegelschicht. Eine Lichtquelle, beispielsweise eine Halogenlampe oder die Austrittsfläche eines Lichtleiters respektive optischen Faserbündels ist in einem Brennpunkt 8 dos Ellipsoidspiegel 5 angebracht. Der zweite Brennpunkt 9 des Ellipsoidspiegel 5 liegt in dar Objektebene 16 des stereoskopischen Operationsmikroskopes und ist gleichzeitig Schnittpunkt von dessen optischer Achse 4-4' mit der Ellipsoidachse 7-7'.Fig. 2 shows the shape of the ellipsoidal mirror 5 with two approximately circular indentations 5 'and 5 ", which release the opening for the two stereoscopic beam paths and a delimiting edge 5"', which does not shade the directed by the quasi-coaxial main lighting on the object light , 10 marks the point that is in the middle under the stereo base. 11 is a mirror layer that is preferably highly reflective in the range of about 420 nm to 650 nm. A light source, such as a halogen lamp or the exit surface of a light guide or optical fiber bundle is mounted in a focal point 8 dos ellipsoid 5. The second focal point 9 of the ellipsoidal mirror 5 lies in the object plane 16 of the stereoscopic surgical microscope and is at the same time the intersection of its optical axis 4-4 'with the ellipsoid axis 7-7'.

Bezeichnet man die Strecke zwischen dem Brennpunkt 8 und dem Punkt 10 auf dem Spiegel 5 mit R( und die Strecke zwischen dem Brennpunkt 9 und dem Punkt 10 auf dem Sp'egel 5 mit R1 und ist der Winkel zwischen den Strecken Ri und R2Wi = 90°, so ergeben sich folgende Bestimmungsgrößen für das Ellipsoid, dessen Teilfläche als Spiegel benutzt wird:If we denote the distance between the focal point 8 and the point 10 on the mirror 5 with R ( and the distance between the focal point 9 and the point 10 on the Sp'egel 5 with R 1 and is the angle between the distances Ri and R 2nd Wi = 90 °, the following determinants are given for the ellipsoid whose partial surface is used as a mirror:

Große Halbachse a = (Ri + R2)/2; kleine Halbachse b = SQRf(Rt χ R2)/2) Winkel zwischen Objektivachse 4-4' und großer Ellipsoidachse 7-7'W2 = arctg(Ri/R2).Large semiaxis a = (Ri + R 2 ) / 2; small semiaxis b = SQRf (Rt χ R 2 ) / 2) Angle between objective axis 4-4 'and large ellipsoid axis 7-7'W 2 = arctg (Ri / R 2 ).

Unter den gegebenen Bedingungen befeuchtet die in 8 angebrachte Lichtquelle die Objektfeldmitte von der Mitte der Stereobasis her und verwirklicht so die gewünschte koaxiale Beleuchtung.Under the given conditions, the light source mounted in FIG. 8 humidifies the middle of the object field from the center of the stereo base, thereby realizing the desired coaxial illumination.

Durch dss selektive spektrale Reflexionsvermögen der Spiegeischicht 11 wird die Netzhaut vor unzulässiger Belastung mit Licht kurzer Wellenlängen (lambda 420nm) geschützt.Due to the selective spectral reflectivity of the mirror layer 11, the retina is protected from undue stress by light of short wavelengths (lambda 420 nm).

Claims (2)

1. Koaxiales Beleuchtungssystem für stereoskopische Mikroskope, insbesondere Operationsmikroskope mit einer Lichtquelle oder an deren Stelle stehender Leuchtfeldblende zur Beleuchtung der Objektfeldmitte und einem aperturbegrenzenden Spiegel in unmittelbarer Nähe des Objektives, dessen Pupillenschwerpunkt annähernd in der Mitte zwischen den Pupillen der beiden Stereosysteme liegt und der sich im Abstand R2 vom Objekt und im Abstand R1 von der Lichtquelle oder der Leuchtfeldblende befindet, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiegelfläche Teil eines mit seiner großen Hauptachse um den Winkel arctg (FVR2) gegen die Objektivachse geneigten Rotationsellipsoides ist, dessen große Halbachse die Länge a - (R1 + R2)/2 und dessen kleine Halbachse die Länge b = Sq^[R1 x R2]/2) aufweist und ein erster Brennpunkt des Roiationsellipsoides mit der Objektfeldmitte zusammenfällt und sich im zweiten Brennpunkt des Eilipsoides die Lichtquelle oder die Leuchtfeldblende befindet.1. Coaxial illumination system for stereoscopic microscopes, in particular surgical microscopes with a light source or in its place standing field diaphragm for illuminating the object field center and an aperture-limiting mirror in the immediate vicinity of the lens, whose pupil center of gravity is approximately in the middle between the pupils of the two stereo systems and located in the Distance R 2 from the object and at a distance R 1 from the light source or the field stop is located, characterized in that the mirror surface is part of a large with its major axis by the angle arctg (FVR 2 ) inclined to the lens axis ellipsoid of revolution whose major axis is the length a - (R 1 + R 2 ) / 2 and whose small semiaxis has the length b = Sq ^ [R 1 x R 2 ] / 2) and a first focus of the Roiationsellipsoides coincides with the object field center and in the second focus of Eilipsoides the Light source or the field diaphragm is located. 2. Koaxiales Beleuchtungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichne+, daß die Spiegelfläche Teil eines elliptischen Zylinders ist, dessen eine Brennlinie in der Mitte der Objektfeldebene verläuft und in dessen anderer Brennlinie sich eine linear ausgedehnte Lichtquelle befindet. 2. Coaxial illumination system according to claim 1, characterized gekennzeichne +, that the mirror surface is part of an elliptical cylinder having a focal line in the middle of the object field plane and in the other focal line is a linearly extended light source. Hierzu 1 Seite ZeichnungenFor this 1 page drawings Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention Die Erfindung findet insbesondere Anwendung bei Operationsmikroskopen, vorzugsweise boi ophthalmologischen Operationen.The invention finds particular application in surgical microscopes, preferably boi ophthalmological operations. Charakteristik des bekannten Standes der TechnikCharacteristic of the known state of the art Operationsmikroskope sind im allgemeinen mit einer integrierten quasi-koaxialen Hauptbeleuchtung ausgerüstet, die zwischen Vergrößerungswechsler und Objektiv mittels Spiegel oder Prisma in das System eingekoppelt wird. Es ist geometrisch bedingt, daß diese Beleuchtung mit dem Schwerpunkt ihrer Pupille 3-5° gegen die Achsen des Objektivs und die der stereoskopischen Teilsysteme geneigt ist, insbesondere kann der Schwerpunkt dieser Beleuchtungspupille sich nicht in gewünschter Weise der Mitte der Stereobasis nähern. Es sind auch spezielle Zusatzbeleuchtungseinrichtungen wie der Spallprojektor zur Operationsspaltleuchte 351 vom Kombinat VEB Carl Zeiss JENA bekannt, deren Beleuchtungsschwerpunkt bei Mittenstellung des Projektors in der Mitte der Stereobasis liegt; diese Beleuchtungseinrichtung schattet wiederum in der besagten Mittenstellung die Hauptbeleuchtung vollständig oder teilweise ab. Weiter ist eine Zusatzbeleuchtung mit idealer Koaxialität bekannt (DE-OS 3623613), bei der das Beleuchtungslicht über einen teildurchlässigen Spiegel eingekoppelt wird, welcher in den Pupillen beider Beobachtungsstrahlengänge wirkt. Dabei wird die Helligkeit stark herabgesetzt, dia Maßnahmen zur Reflexbeseitigung sind aufwendig, und der Volumenbedarf schränkt den Freiraum zwischen Objektiv und Objekt in unerwünschter Weise ein.Surgical microscopes are generally equipped with an integrated quasi-coaxial main illumination, which is coupled between the magnification changer and lens by means of a mirror or prism in the system. It is geometrically conditioned that this illumination with the center of gravity of its pupil is tilted 3-5 ° against the axes of the objective and stereoscopic subsystems, in particular, the center of gravity of this illumination pupil can not approach the center of the stereobase in the desired manner. There are also special additional lighting devices known as the Spallprojektor to Operation splitting lamp 351 by the combine VEB Carl Zeiss JENA, whose focus of illumination is in the center of the projector in the middle of the stereo base; in turn, this illumination device completely or partially shadows the main illumination in said central position. Next, an additional lighting with ideal coaxiality is known (DE-OS 3623613), in which the illumination light is coupled via a partially transmissive mirror, which acts in the pupil of both observation beam paths. The brightness is greatly reduced, the measures for reflex removal are complex, and the volume requirement restricts the space between lens and object in an undesirable manner. Ziel der ErfindungObject of the invention Ziel der Erfindung ist es, ein koaxiales Beleuchtungssystem, das mii vergleichsweise geringem Aufwand und Volumenbedarf realisierbar ist.The aim of the invention is to provide a coaxial illumination system that can be realized with comparatively little effort and volume requirement. Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, zusätzlich zu der im Operationsmikroskop integrierten Hauptbeleuchtung eine achsennahe Beleuchtung zu schaffen, deren Pupillenschwerpunkt in der Mitte der Stereobasis liegt und die die Mitte des Operationsfeldes über einen Durchmesser von der Größe der geweiteten Patieritenpupille ausleuchtet. Die Aufgabe wird bei einem koaxialem Beleuchtungssystem für stereoskopische Mikroskope, insbesondere Operationsmikroskope mit einer Lichtquelle oder an deren Stelle stehender Leuchtfeidblende zur Beleuchtung der Objektfeldmitte und einem aperturbegrenzenden Spiegel in unmittelbarer Nähe des Objektives, dessen Pupillenschwerpunkt annähernd in der Mitte zwischen den Pupillen der beiden Stereosysteme liegt und der sich im Abstand R2 vom Objekt und im Abstand R, von der Lichtquelle oder der Leuchtfeldblende befindet, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die SpiegelflächeTeilThe invention is based on the object of providing, in addition to the main illumination integrated in the surgical microscope, illumination close to the center of the stereo base, which illuminates the center of the surgical field over a diameter the size of the widened patient's pupil. The object is in a coaxial illumination system for stereoscopic microscopes, especially surgical microscopes with a light source or standing in their place Leuchtfeidblende for illuminating the object field center and an aperture-limiting mirror in the immediate vicinity of the lens whose pupil center of gravity is approximately in the middle between the pupils of the two stereo systems and which is located at a distance R 2 from the object and at a distance R, from the light source or the field diaphragm, according to the invention solved in that the mirror surface part
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