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Die
Erfindung betrifft ein Mikroskop mit einer Spaltlampe, die zur Operation
und Diagnose in der Ophthalmologie eingesetzt wird.
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Unter
Spaltlampen versteht man im Allgemeinen eine Beleuchtungsvorrichtung,
die zur Betrachtung des vorderen Augen-Abschnitts (Linse und naher Glaskörper, sowie
zur Kontrolle bei Kontaktlinsen-Anpassungen) verwendet wird. Mit
Hilfe der Spaltabbildung können
bei Diagnose- bzw. bei Operationsvorgängen die Strukturen und Schichten
im Auge besser erkannt werden. Operationsspaltlampen werden meist
in Kombination mit einem Operationsmikroskop in der intraokularen
und speziell in der Netzhautchirurgie eingesetzt. Dabei kann man
durch das rechteckförmige
Leuchtfeld auf der Netzhaut die krankhaft gewachsenen Membranen,
die sehr dünn und
trotzdem für
den Patienten sehr sehmindernd sind, frühzeitig erkennen und erfolgreich
operieren.
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Solche
Operationsspaltlampen sind z.B. unter dem Namen „Leica Slit Illuminator" auf dem Markt befindlich
und im Leica Selling Guide OPH 07/02 Seite 10.5 beschrieben.
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Die
Lampenhäuser
dieser Operationsspaltlampen sind jedoch recht voluminös wegen
der darin eingebauten Lichtquelle, meistens ist es eine Halogenleuchte.
Hinzu kommt, dass solche bekannten Operationsspaltlampen nicht nur
die Lichtquelle, sondern auch die abbildende Optik und die den Spalt
erzeugende Blende beinhalten. Es sind Bestrebungen unternommen worden,
zumindest durch den Ersatz der Halogenleuchte mit einer faseroptischen
Lichteinspeisung die Größe der Operationsspaltlampen
so gering wie möglich
zu halten (z.B. DE-C2-4227942).
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Der
zwingende Anbringungsort der Operationsspaltlampen ist unterhalb
des Hauptobjektivs. Voluminöse
Aufbauten an diesem Anbringungsort sind jedoch unerwünscht, weil
sie den freien Arbeitsabstand reduzieren und somit insgesamt nachteilig
für die
Handhabung des Operationsmikroskops sind.
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Die
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Operationsspaltlampe zu schaffen,
die die angegebenen Nachteile der Operationsspaltlampen aus dem
Stand der Technik so gut wie möglich
beseitigt.
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Der
Erfinder erkannte, dass durch den Einsatz von neuen optischen Elementen
auf den voluminösen
Aufbau der klassisch abbildenden optischen Elemente verzichtet werden
kann.
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In
einem Artikel aus dem Humboldt-Spektrum 1/2003, Seiten 54 ff. wird
von den Autoren Günther
Wernicke, Sven Krüger,
Marcel Rogalla und Stephan Teiwes unter dem Titel „Das digital-optische
Lasersystem – Eine
neue Generation optischer Komponenten" diese neue Technologie, die Erkenntnisse daraus
und der derzeitige Entwicklungsstand vorgestellt. Es handelt sich
hierbei bevorzugt um Mikrodisplays, die Lichtwellenfronten hochauflösend in
Amplitude und/oder Phase beeinflussen können. Diese können als
schaltbare optische Komponenten als Linsen, Prismen, Gitter oder
auch Hologramme verwendet werden. Solche Lichtmodulatorsysteme können z.B.
als ein Objektiv mit variabler Brennweite, als Gitter mit schaltbarem
Beugungswinkel, als Prisma und vor allem als diffraktiver Strahlteiler
und Strahlformer eingesetzt werden. Das besondere Augenmerk dieser
neuen Technologie liegt vor allem auf den Adressierungs- und Modulationseigenschaften, die
sich mit neuen optischen Mikrodisplays auf der Basis von Flüssigkristallen
auf Silizium (Liquid Crystal On Silicon, LCOS) im Zusammenhang mit
der Steuerung von Laserlicht realisieren lassen.
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Der
Erfinder erkannte, dass unter Verwendung eines Lichtmodulators eine
neuartige Operationsspaltlampe mit einem verminderten Volumen bei verbesserten
Eigenschaften geschaffen werden kann.
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Hierfür wird die
herkömmliche
Lichtquelle (Glühbirne,
Halogenleuchte) u.U. durch einen Laser ersetzt, der für die Beleuchtung
der Netzhaut vorzugsweise rotes Licht aussendet. Der gebündelte Lichtstrahl
des Lasers trifft auf den Lichtmodulator, der ein diffraktives optisches
Element, ein Hologramm oder ein schaltbares optisches Element der oben
beschriebenen Art sein kann. Unter einem schaltbaren optischen Element
ist insbesondere ein Mikrodisplay gemeint.
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Eine
bevorzugte Ausgestaltungsvariante einer erfindungsgemäßen Operationsspaltlampe
aus den beschriebenen Komponenten umfasst eine Lichtquelle, z.B.
einen Laser, der selektiv die gewünschten Wellenlängen rot,
grün und
blau ausstrahlt. Durch die Kombination verschiedener Laser unterschiedlicher
Wellenlängen
lässt sich
auch Weißlicht
erzeugen. Denkbar sind jedoch auch Laser, die von vornherein weißes Licht
aussenden.
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Ein
Vorteil ist die nahezu beliebige Anpassbarkeit der spektralen Lichtverteilung
einer Spaltlampe in der beschriebenen Aufbauform, aufgrund der einsetzbaren
Laser.
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Mit
einem erfindungsgemäßen Lichtmodulatorsystem
können
nun, je nach Auslegung des Systems bestimmte Leuchtfeld-Formen,
z.B. einen Spalt oder ein Ringmuster oder auch zeitlich variierende Strukturen
und Abbildungen dargestellt werden, die durch eine Elektronikeinheit
in Verbindung mit einem Computer generiert werden. Im klassischen
Sinn (refraktiv) optisch abbildende Elemente sind im Wesentlichen
nicht mehr nötig.
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Ein
weiterer Vorteil einer erfindungsgemäßen Spaltlampe ist die nun
erreichte Größe von ca. einer
Zigarettenschachtel. Herkömmliche
Spaltlampen aus dem Stand der Technik weisen üblicherweise ca. eine Volumengröße auf,
die der Volumengröße des Mikroskops
entspricht (ca. 100 × 200 × 200 mm).
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Als
weitere Ausgestaltungsvarianten kommen erfindungsgemäße Spaltlampen
in Betracht, die mit Lichtmodulatoren ausgestattet sind, die das
auf sie auftreffende Licht mittels vorgegebener fixer Muster „modulieren".
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Die
Lichtmodulatoren können
gleichzeitig auch als Spiegel oder als reflective display ausgestaltet
sein, die dann als die Beleuchtung einspiegelnde Umlenkspiegel angeordnet
sind.
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Wie
oben schon erwähnt,
ist es vorgesehen, mittels des Lichtmodulators z.B. einen Spalt
oder einen Ring oder aber auch eine Sichel als Beleuchtung zu erzeugen.
Ein rechteckförmiges
Leuchtfeld ist besonders gut für
die Erkennung der Membranen im Auge geeignet und bietet eine Ansicht
mit einer guten Tiefenwahrnehmung. Ein sichelförmiges Leuchtfeld hingegen
kann für
eine reflexfreiere Beleuchtung besonders gut geeignet sein. Mit
der Sichelform kann eine unerwünschte
Reflexe erzeugende Beleuchtung der Patienten-Iris bzw. des gesamten
Umfeldes vermieden werden.
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Ein
weiteres erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel
sieht jedoch vor, dass der Lichtmodulator den Laser-Strahl derart
ablenkt, dass im Objekt ein zentraler, vielleicht bevorzugt rundes
Leuchtfeld entsteht, mit dem man in verbesserter Weise den sogenannten
Red Reflex erzeugt. Der Vorteil dieser Ablenkung ist, dass der das
Leuchtfeld erzeugende Lichtstrahl durch die Pupille des Patientenauges
hindurch passt. Somit kann keine Umfeldbeleuchtung erzeugt werden,
die den Operateur bei der Wahrnehmung des Leuchtfeldes im Inneren
des Patientenauges stören
kann. Auch in diesem Fall ist eine Laser-Diode mit einer roten Wellenlänge bevorzugt.
Der Vorteil bei dieser Art der Red-Reflex-Erzeugung ist der, dass
nur unschädliches
rotes Licht verwendet wird, kein sogenanntes blue light hazzard,
kein UV-Licht, kein IR-Licht.
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Des
Weiteren ist es vorgesehen, dass die mechanische Ankopplung der
Spaltlampe am Operationsmikroskop verstellbar ist. Bekannt sind
hierfür Kreisbogensegment-Träger, die
eine Schwenkbewegung der Beleuchtung von einer zur Achse des Mikroskops
winkelversetzten Lage durch eine zentrale, koaxiale Lage hindurch
in eine entgegengesetzt winkelversetzte Lage erlauben. Bei der Durchführung dieser
Schwenkbewegung kann z.B. das spaltförmige Leuchtfeld senkrecht
oder auch parallel zu der Schwenkrichtung angeordnet sein. Es ist
jedoch auch eine Ausführung
denkbar, die – ähnlich den Mondphasen – in der äußerst verschwenkten
Position ein sichelförmiges
Leuchtfeld bietet, das zur mittigen Position in ein rechteckiges
oder quadratisches Leuchtfeld übergeht,
um dann jenseits der Mittellage eine spiegelbildlich umgekehrte
Sichelform einzunehmen.
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Der
beschriebene Kreisbogensegment-Träger gewährleistet eine seitliche, zur
Position des Chirurgen quer verlaufende Verstellbewegung der Spaltlampe.
Um beste Ausleuchtung des Patientenauges zu erreichen, kann sich
jedoch auch eine Längsverschiebung
der Spaltlampe mit oder ohne dem Kreisbogensegment-Träger als
eine sinnvolle Verstellmöglichkeit
erweisen. Dieses gilt insbesondere im Hinblick auf besten, kontrastreichsten
Red Reflex, der nicht zwingend allein von einer hellsten Beleuchtung,
sondern auch von den jeweiligen situationsbedingten Einfallswinkeln
abhängt.
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Zusätzlich zu
den beschriebenen Verstellbewegungen kann vorzugsweise auch eine
Drehung der Spaltlampe um die eigene Achse vorgesehen sein.
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Eine
weiterhin bevorzugte Ausgestaltungsvariante eines Mikroskops mit
einer erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung
sieht vor, dass die Beleuchtungsvorrichtung abnehmbar ist. Dadurch
ist es möglich,
wahlweise eine Beleuchtung mit moduliertem (veränderten) Lichtstrahlenbündel vorzunehmen oder
stattdessen eine (weitere) herkömmliche
Mikroskopbeleuchtung an diesem Anbringungsort vorzusehen.
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Der
Lichtmodulator kann im Rahmen der Erfindung durchaus für die Erzeugung
einer vorbestimmten Form des Lichtstrahlenbündels ausgebildet sein, also
z.B. zur Erzeugung von Spaltlicht, Ringlicht oder auch eines zentralen
Leuchtfeldes. Es ist jedoch bevorzugt, wenn der Lichtmodulator durch
eine mit ihm gekoppelte elektronische Steuereinheit steuerbar ist,
sodass zeitlich variierende Strukturen, beispielsweise mit Hilfe
eines Computers oder einer anderen Steuereinheit erzeugt werden
können.
Durch die rechnergestützte
Steuerung des Lichtmodulators lässt
sich die Form und die Größe (Höhe, Breite)
des Leuchtfeldes variieren. Diese Steuerung des Lichtmodulators
bietet auch die Möglichkeit,
nach freier Wahl zwischen verschiedenen genannten Leuchtfeld-Formen
hin- und herzuschalten.
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Die
erfindungsgemäßen Ausgestaltungen
einer Operationsspaltlampe werden im Folgenden in Kombination mit
einem Mikroskop dargestellt. Sie können jedoch auch bei einer
sogenannten Diagnose-Spaltlampe zur Anwendung gelangen, die grundsätzlich auch
aus einer Spaltlampe und einer vergrößernden Betrachtungsvorrichtung
bestehen.
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Weitere
Ausbildungen der Erfindung sind in den Figuren und in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Auch die Bezugszeichenliste ist Bestandteil der Offenbarung.
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Anhand
von Figuren wird nun die Erfindung symbolisch und beispielhaft näher erläutert.
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Die
Figuren werden zusammenhängend
und übergreifend
beschrieben. Gleiche Bezugszeichen bedeuten gleiche Bauteile, Bezugszeichen
mit unterschiedlichen Indices geben funktionsgleiche oder ähnliche
Bauteile an.
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Es zeigen
dabei
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1 – ein Schema
einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform
einer Beleuchtungsvorrichtung;
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1a – mögliche Formen
von Leuchtfeldern;
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1b – eine erfindungsgemäße Ausführungsform
entsprechend 1, jedoch mit einem Lichtmodulator,
der als Umlenkspiegel angeordnet ist;
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2 – ein Schema
einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform
einer Beleuchtungsvorrichtung mit zwei Laser-Dioden;
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3 – ein Mikroskop
mit einer erfindungsgemäßen Ausführungsform
einer Beleuchtungsvorrichtung in Frontansicht;
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3a – verschiedene
Leuchtfeld-Formen, die die Beleuchtungsvorrichtung entlang einer Schwenkbewegung
an einem Kreisbogensegment-Träger
liefert und
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4 – das Mikroskop
aus 3 in Seitenansicht.
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In 1 ist
eine erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung 26 schematisch
dargestellt, bei der eine herkömmliche
Lichtquelle, wie eine Glühbirne,
eine Halogenleuchte oder dgl. durch eine Lichtquelle zur Abgabe
kohärenten
Lichts ersetzt ist. In einer bevorzugten Ausführung ist diese Lichtquelle
für kohärentes Licht
eine Laser-Diode 1, die von einer elektrischen Energiequelle
(nicht dargestellt) über eine
elektrische Zuleitung 5 gespeist wird.
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Die
Wellenlänge
dieser Laser-Diode 1 kann entsprechend den Anforderungen
gewählt
werden, es gibt jedoch auch Laser-Dioden, die zur Abgabe von Laserlicht
wahlweise unterschiedlicher Wellenlängen angeregt werden können. Für Netzhautoperationen
wird man vorzugsweise eine Laser-Diode 1 wählen, die
rotes Licht aussendet. Es sei erwähnt, dass manche Laser-Dioden
kein vollkommen kohärentes
Licht aussenden, doch soll ein solches Licht im Rahmen der vorliegenden
Beschreibung als noch unter den Begriff „kohärent" fallend angesehen werden. Ferner kann
je nach Anwendungsfall die Leistung der Laser-Diode 1 den
jeweiligen Anforderungen angepasst werden.
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Der
von der Laser-Diode 1 ausgesendete Beleuchtungs-Strahlengang,
der mit seiner Achse 2a symbolisch dargestellt ist, trifft
auf einen Lichtmodulator 3.
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Dem
Lichtmodulator 3 ist eine Steuereinheit 6 zugewiesen,
die über
eine Zuleitung 7 mit einer Stromquelle verbunden ist. Durch
Einflussnahme der Steuereinheit 6 auf den Lichtmodulator 3 können die in 1a dargestellten
Leuchtfelder Rechteck (Spalt) 4, rundes Leuchtfeld 4a,
ringförmiges
Leuchtfeld 4b oder sichelförmiges Leuchtfeld 4c geformt werden.
Die Steuereinheit 6 ist in der Lage, die Größe der Leuchtfelder
zu variieren, sie in zeitlicher Abfolge automatisch erscheinen zu
lassen bzw. erlaubt ein Umschalten von einer bestimmten Leuchtfeld-Form
auf eine andere. Dieses Umschalten geschieht bevorzugt in einem
kontinuierlichen Übergang
von einer Leuchtfeld-Form zur anderen.
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1b zeigt
eine leicht abgewandelte Ausgestaltungsvariante einer erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung 26,
bei der der Lichtmodulator 3' als
Umlenkspiegel ausgestaltet und angeordnet ist. Beispielhaft ist
in dieser Figur dargestellt, wie der Lichtmodulator 3' eine Beleuchtung
liefert, die aus einem zentralen Leuchtfeld 4a und aus
einem Beleuchtungs-Ring 4b besteht.
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2 zeigt
eine Anordnung mit zwei Laser-Dioden 1 und 1a,
obwohl dies nur als Beispiel anzusehen ist, weil z.B. auch mehr
als zwei Laser-Dioden Einsatz finden können. Bevorzugt ist es, wenn die
Laser-Diode 1a durch die Anordnung eines Umlenkspiegels 8b (oder
Umlenkprismas) und die Laser-Diode 1 durch
die Anordnung eines parallel dazu ausgerichteten teildurchlässigen Spiegels 8a koaxial in
den Beleuchtungs-Strahlengang, der symbolisch mit seiner Achse 2a dargestellt
ist, eingespiegelt werden.
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Mit
einer derartigen Anordnung ist es möglich, Laser-Dioden 1, 1a mit
unterschiedlicher Wellenlänge
zu verwenden, entweder um selektiv die eine oder andere Wellenlänge auf
das Objekt zu richten, z.B. rot, grün, blau etc., oder durch Mischung
der entsprechenden Wellenlängen
Weißlicht
zu erzeugen. Dabei ist klar, dass die Verwendung mehrerer Laser-Dioden 1, 1a,
etwa gleicher abgestrahlter Wellenlänge, auch zur Erhöhung der
Lichtintensität
herangezogen werden kann.
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Der
Lichtmodulator 3 ist in der vorliegenden Ausgestaltungsvariante
auf die Erzeugung eines sichelförmigen
Leuchtfeldes 4c ausgelegt. Durch Drehung der Beleuchtungsvorrichtung 26 um
die Achse 2a des Beleuchtungs-Strahlengangs kann auch das sichelförmige Leuchtfeld 4c beliebig
eine Drehbewegung 15 beschreiben. Dieses kann von Hand
oder elektromotorisch geschehen, genauso jedoch kann alleine durch
Einflussnahme der Steuerung 6 der Lichtmodulator 3 elektronisch
zur Drehung 15 des sichelförmigen Leuchtfelds 4c angeregt
werden.
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3 zeigt
ein Mikroskop 10 in der Frontansicht mit einer erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung 26.
Die vom Objekt 13 kommenden Lichtstrahlen werden, symbolisch
dargestellt, von dem Hauptobjektiv 24 aufgenommen und durch
das Mikroskopgehäuse 23 und
das Tubusgehäuse 22 über zwei
Strahlengänge
mit den Achsen 12 und 12' Okularen 20 und 20' zugeführt. An
der Rückseite
des Mikroskopgehäuses 23 ist
ein Kreisbogensegment-Träger 14 angeordnet,
der eine Schwenkbewegung 16 der Beleuchtungsvorrichtung 26 erlaubt.
Diese Schwenkbewegung 16 kann von Hand oder elektromotorisch
erfolgen. Von der Beleuchtungsvorrichtung ist in dieser Frontansicht
nur das Umlenkprisma 8 zu erkennen und in einer mittigen
Schwenkposition auf dem Kreisbogensegment-Träger 14 dargestellt,
die der Mikroskopachse 25 entspricht. Wird die Beleuchtungsvorrichtung 26 in
die Position 8' verschwenkt, so
bildet der modulierte Beleuchtungs-Strahlengang, der symbolisch
mit seiner Achse 2b' dargestellt
ist, mit der Mikroskopachse 25 den Beleuchtungs-Einfallswinkel β.
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In 3a ist
der Verlauf der Leuchtfelder gezeigt, die der Lichtmodulator entlang
der Schwenkbewegung 16 erfindungsgemäß erzeugen kann. Durch entsprechende
Einflussnahme der Steuereinheit 6 ist es z.B. möglich, an
einer äußersten
Schwenkposition a den Lichtmodulator 3 ein sichelförmiges Leuchtfeld 4c erzeugen
zu lassen. Dieses sichelförmige
Leuchtfeld 4c geht in der Schwenkposition b in ein Leuchtfeld 4d über, das
eine Zwischenform zwischen einer Sichel und einem Rechteck einnimmt,
um dann in der mittigen Schwenkposition c ein Spaltbild 4 in
der Form eines regelmäßigen Rechtecks
zu werden. Die Schwenkpositionen d und e entsprechen dann den spiegelbildlichen
Leuchtfeldern 4d' und 4c'.
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In 4 ist
die Kombination des Mikroskops 10 mit der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung 26 aus 3 in
einer Seitenansicht gezeigt. Der Strahlengang mit der Achse 12 liegt
jetzt hinter dem mit der Achse 12'. Diese Darstellung zeigt, dass
die Beleuchtungsvorrichtung 26 in einem Beleuchtungs-Gehäuse 9 untergebracht
ist, das an dem Kreisbogensegment-Träger 14 angeordnet
ist. Mittels einer Vorrichtung 18 und einer Befestigung 19 ist die
Beleuchtungsvorrichtung 26 entlang des Doppelpfeils 17 verstellbar.
Dadurch kann der Beleuchtungswinkel a variiert werden, der von dem
modulierten Beleuchtungs-Strahlengang 2b und der Mikroskopachse 25 gebildet
wird. Bei einer koaxialen Beleuchtung steht das Umlenkprisma 8 zwischen
den Strahlengängen 12 und 12' (3)
bzw. die Mikroskopachse 25 und die Achse des modulierten
Beleuchtungs-Strahlengangs 2b fallen
dann zusammen. Die Winkel α und β sind dann
gleich Null. Wenn die Beleuchtungsvorrichtung 26 verschoben
wird, so verändert
sich der Beleuchtungswinkel α.
Damit der modulierte Beleuchtungs-Strahlengang, der durch die Achse 2b dargestellt
ist, immer noch in die Pupille des Patientenauges auftrifft, muss
das Umlenkprisma 8 mittels einer Vorrichtung entsprechend
verkippt werden. Mit der Translationsbewegung 17 der Beleuchtungsvorrichtung 26 verändert sich
der Kippwinkel y entsprechend.
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Die
Beleuchtungsvorrichtung 26 ist vorzugsweise insgesamt,
mit dem Umlenkprisma 8, am Kreisbogensegment-Träger um die
Achse 2a drehbar gelagert. Dadurch kann das Leuchtfeld
auf dem Patientenauge 13 der Drehung 15 entsprechend
verschwenkt bzw. dezentriert werden.
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Eine
weitere, nicht näher
dargestellte Ausgestaltungsvariante sieht vor, dass das Umlenkprisma 8 die
Drehung 15 nicht mitbeschreibt und somit das Leuchtfeld 4 am
Patientenauge 13, zusätzlich
zu der schon erwähnten
elektronisch gesteuerten Drehung über die Steuereinheit 6,
auch mechanisch gedreht werden kann.
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- 1,
1a
- Laser-Diode
- 2a
- Achse
des Beleuchtungs-Strahlengangs
- 2b
- Achse
des modulierten Beleuchtungs-Strahlengangs
- 3
- Lichtmodulator
- 4
- Spaltbild
- 4a
- Zentrales
Leuchtfeld
- 4b
- Beleuchtungs-Ring
- 4c,
4c'
- Sichelförmiges Leuchtfeld
- 4d,
4d'
- Übergangs-Leuchtfeld
zwischen Sichelform und Rechteck
- 5
- Elektrische
Zuleitung
- 6
- Elektronische
Steuereinheit für 3
- 7
- Elektrische
Zuleitung
- 8
- Umlenkprisma
- 8a
- Umlenkspiegel
- 8b
- Teildurchlässiger Umlenkspiegel
- 9
- Beleuchtungsgehäuse
- 10
- Mikroskop
- 11
- Beobachter
- 12,
12'
- Strahlengang
- 13
- Objekt,
Patientenauge
- 14
- Kreisbogensegment-Träger
- 15
- Drehung
um Achse 2a
- 16
- Schwenkbewegung
- 17
- Translationsbewegung
- 18
- Vorrichtung
- 19
- Befestigung
- 20,
20'
- Okular
- 21
- Kippbewegung
von 8
- 22
- Tubusgehäuse
- 23
- Mikroskopgehäuse
- 24
- Hauptobjektiv
- 25
- Mikroskopachse
- 26
- Beleuchtungsvorrichtung
- a-e
- Schwenkposition
auf 16
- α, β
- Beleuchtungswinkel
- y
- Kippwinkel
von 8