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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Mikroskop nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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In
der Mikroskopie werden für
zahlreiche Anwendungen klein und kompakt bauende Mikroskope benötigt. So
ist es bekannt, einen zunächst
senkrecht von einem zu beobachtenden Objekt verlaufenden Strahlengang
innerhalb des Mikroskopkörpers
in die Waagerechte umzulenken, um optische Komponenten, beispielsweise
Zoom-Systeme, waagerecht anordnen zu können. Ein somit horizontal
verlaufender Strahlengang kann anschließend wieder in die vertikale,
und gegebenenfalls noch einmal in eine horizontale Richtung umgelenkt
werden. Es ist ebenfalls möglich,
Schrägverläufe von
Strahlengängen
innerhalb des Mikroskopkörpers
zu realisieren.
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Eine
derartige Umlenkung von Strahlengängen wird herkömmlicherweise
mittels Umlenkelementen bewerkstelligt, die entweder als Prisma
bzw. Prismensysteme oder Spiegel bzw. Spiegelsysteme ausgebildet
sind. Derartige Systeme weisen ihrerseits eine gewisse räumliche
Ausdehnung auf, wodurch eine klein bauende und kompakte Gestaltung von
Mikroskopen erschwert wird. Diese Probleme ergeben sich insbesondere
bei Stereomikroskopen.
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Ophthalmologische
Mikroskope sind an sich bekannt. Sie weisen ein Hauptobjektiv, ein
diesem nachgeschaltetes Vergrößerungssystem
und ein Binokularsystem mit Okularen auf. Zur Bereitstellung eines
Stereomikroskops kann in einem beispielsweise als Zoom-System ausgestalteten
Vergrößerungssystem
eine Aufspaltung des das Hauptobjektiv durchsetzenden Strahlengangs
in eine Anzahl von Strahlengängen
durchgeführt
werden. Ferner sind ophthalmologische Mikroskope bekannt, welche
eine simultane Betrachtung des Objektes durch einen ersten Benutzer
(Hauptoperateur) und einen zweiten Benutzer (Assistent) gestatten.
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Für die Intraokulare
Chirurgie, beispielsweise um den Fundus oder fundusnahe Glaskörperbereiche
eines menschlichen Auges mikroskopisch betrachten zu können, werden
Zusatzoptiken an den Stereomikroskopen benötigt. Diese bestehen aus Linsen,
die dem Hauptobjektiv (objektseitig) vorgeschaltet sind.
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In
dem Prospekt „SDI
II, BIOM II" der
Oculus Optikgeräte
GmbH aus dem Jahre 1998 sowie der
US
4,856,872 ist eine derartige Zusatzoptik beschrieben. Diese
Zusatzoptik weist eine nah am zu beobachtenden Objekt anzuordnende
Linse (Ophthalmoskopierlinse) und eine näher am Hauptobjektiv angeordnete
Linse (Reduktionslinse) auf.
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Aus
der
DE 41 14 646 C2 ist
eine Lösung
bekannt, bei der ein Ophthalmologievorsatz für ein Operationsmikroskop in
einem Vorsatzgehäuse
untergebracht ist, welches bezüglich
des Hauptobjektivs seitlich positionierbar ist. Der Vorsatz weist
eine Ophthalmoskopierlinse, ein optisches System zur Bildaufrichtung
und eine verschiebbare Linse (Korrekturlinse) zur Fokussierung auf.
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Das
System zur Bildaufrichtung wird benötigt, da die Zusatzoptiken
das Mikroskopbild höhen- und
seitenverkehrt und damit in der Beobachtung pseudostereoskopisch
abbilden. Dies bedeutet unter anderem, dass bei dem durch die Ophthalmoskopierlinse
erzeugten Zwischenbild in der Tiefenwahrnehmung vorne und hinten
vertauscht ist. Um mikrochirurgisch arbeiten zu können, ist
aber ein aufgerichtetes, stereoskopisch richtiges Bild erforderlich.
Gleichzeitig mit der notwendigen Bildaufrichtung muss daher im Operationsmikroskop
eine Vertauschung der beiden Beobachtungsstrahlengänge (Pupillenvertauschung)
erfolgen, um bei der stereoskopischen Betrachtung den ansonsten
auftretenden Pseudo- Stereoeffekt
zu vermeiden. Eine besonders bevorzugte Ausführungsform eines derartigen
optischen Systems zur Bildaufrichtung ist als SDI-System (Stereoskopischer
Diagonal-Inverter) bekannt. Ein derartiges System ist beispielsweise
aus dem bereits erwähnten
Prospekt „SDI
II, BIOM II„ aus
dem Jahre 1998 bekannt. Die Verwendung derartiger SDI-Systeme ist
jedoch mit erheblichen Nachteilen für das Mikroskopsystem bzw.
die Bildqualität
des Mikroskops verbunden. Insbesondere erweist es sich als sehr aufwändig, den
optischen Strahlengang dieser Zusatzsysteme mit denjenigen eines
Stereomikroskops anzupassen. Das Ergebnis ist oftmals mangelnde Bildqualität sowie
ein Feldbeschnitt, der durch unzureichende mechanische Anpassung
des SDI-Systems an das Mikroskop hervorgerufen wird. Ferner verschlechtert
die Bauhöhe
derartiger SDI-Systeme die ergonomische Bauhöhe des Mikroskops.
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Aus
der
DE 103 32 603
A1 ist es zur Verbesserung der oben erläuterten Nachteile bekannt,
ein optisches Inverter-System zur Aufrichtung und Beobachtungsstrahlvertauschung
eines pseudo-stereoskopischen Bildes mit einem eine Fokussier- bzw. Brechkraft
aufweisenden Umlenkelement auszubilden. Hierdurch ist es in einfacher
Weise möglich,
die Bauhöhe
des Stereomikroskops gegenüber
herkömmlichen
Lösungen
zu verkleinern, da auf herkömmliche
SDI-Systeme verzichtet werden kann. Somit ist auch die ergonomische
Bauhöhe
des Mikroskopes in vorteilhafter Weise verkleinerbar.
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Mit
der vorliegenden Erfindung wird die Bereitstellung eines kompakt
bauenden und flexibel einsetzbaren Mikroskops angestrebt.
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Dieses
Ziel wird erreicht mit einem Mikroskop mit den Merkmalen des Anspruchs
1.
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Mit
der erfindungsgemäßen Ausbildung
wenigstens eines optischen Elements als Mikrospiegelarray ist es
in einfacher Weise möglich,
zwischen unterschiedlichen Funktionen bzw. Betriebsarten des Mikroskops
hin- und herzuschalten. Wird beispielsweise die Inverterfunktion
benötigt,
wird durch entsprechende elektronische Ansteuerung und Verstellung
der Mikrospiegel des Mikrospiegelarrays eine Hohlspiegelanordnung
eingestellt. Wird die Inverterfunktion nicht benötigt, kann durch entsprechende elektronische
Ansteuerung und Verstellung der Mikrospiegel eine Planspiegelanordnung
eingestellt werden. Besonders vorteilhaft ist dabei, dass keinerlei
mechanische Bauteile bewegt werden müssen, wie dies herkömmlicherweise
beispielsweise dann der Fall war, wenn Hohlspiegel aus den optischen Strahlengängen ausgeschwenkt
wurden, und entsprechende Planspiegel eingeschwenkt wurden. Die vorliegend
vorgeschlagenen Mikrospiegelarrays können herkömmliche Plan- und Hohlspiegel
ersetzen, womit auch auf elektromechanische Führungen verzichtet werden kann.
Es treten keinerlei störende
Vibrationen auf, wie dies bei der Verstellung bzw. dem Austausch
der herkömmlichen
Hohl- bzw. Planspiegel nur mit relativ großem mechanischen Aufwand zu vermeiden
war.
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Im
Gegensatz zu herkömmlichen
Lösungen ist
die erfindungsgemäße Lösung mechanisch
unaufwendig, da keine relativ großen mechanischen Bauteile,
wie Hohlspiegel und Planspiegel, mit großer Genauigkeit verschwenkt
werden müssen.
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Ein
erfindungsgemäß ausgebildetes
Mikroskop läßt sich
ferner in besonders platzsparender Weise ausführen, da für die Umstellung von einer
Hohlspiegelanordnung zu einer Planspiegelanordnung bzw. umgekehrt
keine Führungen,
Motor und Getriebe benötigt
werden.
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Auch
andere Mikroskopfunktionen lassen sich mit der erfindungsgemäßen Lösung in
einfacher Weise bereitstellen. Durch geeignete Anordnung der individuellen
Mikrospiegel lassen sich beispielsweise in einfacher Weise (geometrische)
Strahlenteiler realisieren. Beispielsweise ist es in einfacher Weise möglich, jeweils
benachbarte Mikrospiegel mit ihrer Spiegelfläche jeweils unter einem Winkel
zueinander anzuordnen, so dass ein hierauf auftreffender Lichtstrahl
teilweise durchgelassen wird, teilweise aber auch abgelenkt wird.
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Durch
geeignete Anordnung individueller Mikrospiegel lassen sich ferner
in einfacher Weise Licht- oder Dateneinspiegelungen oder -ausspiegelungen
vornehmen. Insbesondere sind derartige Ein- bzw. Ausspiegelungen
in Richtungen möglich,
die in derart platzsparender Weise mit herkömmlichen Spiegel- oder Prismenanordnungen
nicht realisierbar waren.
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Vorteilhafte
Ausführungsformen
des erfindungsgemäßen Stereomikroskops
sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Zweckmäßigerweise
weist das erfindungsgemäße Mikroskop
zwei als Mikrospiegelarrays ausgebildete optische Elemente auf.
Hierdurch ist es beispielsweise möglich (bei Einstellung einer
Hohlspiegelanordnung für
beide Mikrospiegelarrays), einen auf das erste Umlenkelement auftreffenden,
insbesondere horizontal verlaufenden parallelen Strahlengang zunächst in
die Senkrechte umzulenken, und anschließend, durch eine weitere Umlenkung
an dem zweiten Umlenkelement, einen im wesentlichen zum ursprünglichen
horizontalen Strahlengang parallel verlaufenden Strahlengang zu
erzeugen. Ein seiten- und höhenrichtiges
Bild wird hierbei entlang des zwischen den beiden Mikroskopebenen
senkrecht verlaufenden Strahlenganges erzeugt. Zweckmäßigerweise
weisen hierbei beide Mikrospiegelarrays die gleiche fokussierende
Brechkraft auf. Hierdurch wird, wie erwähnt, ein paralleler Strahlengang
vor dem ersten Spiegelarray in ein Seiten- und Höhenrichtiges Zwischenbild abgebildet,
und durch das zweite Spiegelarray wiederum in einen parallelen Strahlengang.
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Somit
kann dieser senkrecht verlaufende Strahlengang optimal genutzt werden.
Hierdurch lässt
sich die Baugröße eines
Mikroskops sehr klein halten bzw. ein zur Verfügung stehender Bauraum optimal
ausnutzen. Insgesamt stellen die als Mikrospiegelarrays ausgebildeten
optischen Elemente eine Doppelfunktionalität zur Verfügung, nämlich zum einen die Umlenkung,
zum anderen die Fokussierung (unter Erzeugung von Zwischenabbildungen) der
sie beaufschlagenden Strahlengänge.
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Zweckmäßigerweise
weist das erfindungsgemäße Mikroskop
ein eine erste optische Achse definierendes Hauptobjektiv und Umlenkelemente
zum Umlenken eines parallel zu der ersten optischen Achse verlaufenden
Strahlenganges entlang einer zweiten optischen Achse in eine erste
Mikroskopebene, welche sich unter einem Winkel, insbesondere im wesentlichen
senkrecht zu der ersten optischen Achse erstreckt, und anschließend entlang
einer dritten optischen Achse in eine zweite Mikroskopebene, welche
sich im wesentlichen parallel zu der ersten Mikroskopebene oberhalb
von dieser erstreckt, auf. Ein derart aufgebautes Mikroskop baut
gegenüber herkömmlichen
Lösungen
sehr klein, da ein Grossteil der notwendigen bzw. zweckmäßigen optischen Komponenten
in den ersten und zweiten Mikroskopebenen, welche vorteilhafterweise
horizontal verlaufen, vorgesehen sein kann.
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Gemäß einer
besonders bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Mikroskops
ist dieses als Stereomikroskop ausgebildet. Stereomikroskope werden
unter anderem in der Retinalchirurgie bzw. intraokularen Chirurgie
verwendet, wobei hier, wie bereits eingangs erwähnt, Zusatzoptiken an den Stereomikroskopen
benötigt
werden. Derartige Zusatzoptiken erzeugen pseudostereokopische Bilder,
die mittels einer Invertereinrichtung korrigiert werden müssen. Mittels
zweier erfindungsgemäß vorgesehener
Mikrospiegelarrays, welcher in eine Hohlspiegelanordnung gebracht
werden, ist ein derartiges Invertersystem in besonders einfacher
Weise realisierbar.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Mikroskops
bzw. Stereomikroskops weist dieses ein in der ersten oder zweiten
Mikroskopebene entlang der zweiten bzw. dritten optischen Achse
ausgebildetes, wenigstens zwei stereoskopische Beobachtungskanäle aufweisendes
Vergrößerungssystem,
insbesondere ein Zoom-System, auf.
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Ein
derartiges Zoom-System ist wahlweise vor oder hinter dem Inverter-System positionierbar. Insbesondere
eine Positionierung hinter dem Inverter-System erweist sich als besonders günstig, da
in diesem Fall die Präzisionsanforderungen
an die davor angeordneten optischen Elemente bzw. Umlenkelemente
des Inverter-Systems relativ niedrig sind. Es ist ebenfalls denkbar,
das Vergrößerungssystem entlang
des senkrecht verlaufenden Strahlenganges zwischen den beiden Mikroskopebenen
auszubilden. Durch entsprechende Positionierung des Vergrößerungssystems
kann insgesamt die Bauhöhe
bzw. die horizontale Baulänge
des Mikroskops in gewünschter
Weise beeinflusst werden.
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Es
erweist sich als besonders vorteilhaft, dass wenigstens ein mit
einer Brechkraft bzw. Fokussierkraft ausbildbares optisches Element
(Mikrospiegelarray) des Inverter-Systems gleichzeitig als Umlenkelement
zur Umlenkung von Strahlengängen zwischen
den ersten bis dritten optischen Achsen dient. Mittels einer derartigen
Mehrfunktionalität
der optischen Elemente kann der Bauraum in wirksamer Weise klein
gehalten werden.
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Das
erfindungsgemäße Stereomikroskop weist
zweckmäßigerweise
eine Auskopplungsvorrichtung zum Auskoppeln eines Assistentenstrahlenganges
von einem Hauptbeobachterstrahlengang auf. Mittels einer derartigen
Auskopplungsvorrichtung, welche beispielsweise als physikalischer
oder geometrischer Strahlenteiler ausgebildet sein kann, kann in
einfacher Weise ein Hauptbeobachter-Einblick und ein Assistenten-Einblick
zur Verfügung
gestellt werden. Eine derartige Auskopplungsvorrichtung kann insbesondere
auch als Mikrospiegelarray realisiert sein.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Stereomikroskops
sind die Mikrospiegelarrays und die dem Hauptobjektiv vorgeschaltete
Zusatzoptik miteinander elektromechanisch gekoppelt. Hierdurch ist
es in einfacher Weise möglich,
bei Nicht-Verwendung der Zusatzoptik die Planspiegelanordnung der
Mikrospiegelarrays einzustellen. Die Kopplung sorgt hierbei dafür, dass
die jeweilige Anordnung der Spiegelarrays und die Verwendung der
Zusatzoptik in besonders einfacher Weise koordinierbar ist.
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Die
Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnung weiter beschrieben.
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In
dieser zeigt bzw. zeigen
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1a, 1b eine
vergrößerte schematische
Darstellung eines erfindungsgemäß einsetzbaren
Mikrospiegelarrays,
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2 eine
bevorzugte Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Stereomikroskops
mit vorgeschaltetem Ophthalmologie-Vorsatz in seitlicher schematischer
Schnittansicht und
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3 das
Mikroskop gemäß 1 ohne Ophthalmologie-Vorsatz und entsprechend
angepasster Optik,
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4 eine
bevorzugte Anordnung eines erfindungsgemäß einsetzbaren Mikrospiegelarrays
zur Realisierung einer Strahlenteilereinrichtung, und
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5 eine
weitere bevorzugte Anordnung eines erfindungsgemäß einsetzbaren Mikrospiegelarrays
zur Realisierung einer Strahlenteiler- sowie Ausspiegelungs- bzw.
Einspiegelungseinrichtung.
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In
den 1a, 1b ist schematisch das Wirkprinzip
eines erfindungsgemäß einsetzbaren
Mikrospiegelarrays dargestellt. Das Mikrospiegelarray ist insgesamt
mit 80 bezeichnet, die jeweiligen Mikrospiegel mit 82.
Eine Verbindung des Mikrospiegelarrays 80 mit einer elektronischen
Versorgung bzw. einer Steuervorrichtung (nicht dargestellt) ist
schematisch dargestellt und mit 84 bezeichnet.
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In 1a sind
die Mikrospiegel 82 des Mikrospiegelarrays 80 derart
eingestellt, dass sich insgesamt eine Planspiegelanordnung des Mikrospiegelarrays
ergibt. D.h., die Spiegelflächen
der Mikrospiegel 82 sind parallel zueinander und planar
angeordnet.
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In 1b ist
der Zustand dargestellt, in dem die Mikrospiegel 82 so
geschaltet bzw. angesteuert sind, dass sie insgesamt eine Hohlspiegelanordnung erzeugen.
Man erkennt, dass zur Realisierung dieser Hohlspielfunktion die
Mikrospiegel 82 entsprechend zwar in einer Ebene angeordnet
sind, jeder Mikrospiegel für
sich jedoch relativ zum benachbarten Mikrospiegel rotationssymmetrisch
verschwenkt bzw. gekippt ist.
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Die
konkrete elektronische Ansteuerung, Programmierung und Versorgung
des Mikrospiegelarrays 80 ist in den 1a, 1b nicht
dargestellt. Es sei darauf hingewiesen, dass sich eine derartige
Ansteuerung, Programmierung und Versorgung in entsprechenden an
sich bekannten Einrichtungen eines Stereomikroskops bzw. einer separaten Elektronikeinheit
integrieren läßt.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
eines als Stereomikroskop ausgebildeten erfindungsgemäßen Mikroskops
ist in 2 insgesamt mit 100 bezeichnet. Das Stereomikroskop
weist einen Mikroskopkörper 102 auf,
in dem als optische Komponenten zunächst ein Hauptobjektiv 2 und
ein insbesondere als Zoom-System ausgebildetes Vergrößerungssystem 7 vorgesehen
sind.
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Das
Mikroskop weist ferner optische Elemente bzw. Umlenkelemente 5, 21a, 21b auf.
Element 5 ist als Spiegel oder Prisma ausgebildet. Die optischen
Elemente 21a, 21b sind als individuell ansteuerbare
Mikrospiegel 82 aufweisende Mikrospiegelarrays 80 ausgebildet
(rein schematisch dargestellt). Mittels dieser optischen Elemente
sind von einem zu beobachtenden Objekt 40 ausgehende Achsen 12a bis 12h von
Beobachtungsstrahlen, welche zunächst
im wesentlichen (bei 12a) in vertikaler Richtung das Hauptobjektiv 2 entlang
dessen optischer Achse, im folgenden als erste optische Achse 11a bezeichnet,
durchlaufen, in zwei im wesentlichen horizontal verlaufende Mikroskopebenen
I, II umlenkbar (bei 12b, 12d). Man erkennt, dass
das Vergrößerungssystem 7 in
der dargestellten Ausführungsform in
der zweiten Mikroskopebene II angeordnet ist. Die optischen Achsen
in der ersten und zweiten Mikroskopebene sind im folgenden als zweite
bzw. dritte optische Achse 11b, 11d bezeichnet.
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Objektseitig
bezüglich
des Vergrößerungssystems 7 sind,
wahlweise in der ersten und/oder zweiten Mikroskopebene I, II, entlang
der jeweiligen optischen Achsen, optische Zusatzkomponenten, hier
insgesamt mit 8 bezeichnet, die beispielsweise Filter,
Lasershutter, optische Teiler oder Elemente zur Erzeugung von Zwischenabbildungen
und/oder Umlenkungen umfassen, vorgesehen.
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Das
dargestellte Mikroskop ist zur simultanen Beobachtung des Objekts 40 durch
einen Hauptoperateur und einen Assistenten ausgelegt. Zu diesem
Zweck ist in der zweiten Mikroskopebene II ein Umlenkelement bzw.
eine Auskopplungseinrichtung 9 vorgesehen, welche die Auskopplung
des Beobachtungsstrahlenganges 12g für den Assistenten bezüglich des
Beobachtungsstrahlenganges 12d für den Hauptoperateur bewirkt.
Die Beobachtung des Objekts 40 durch den Assistenten erfolgt
in einer dritten Mikroskopebene III. Diese Auskopplungseinrichtung 9 kann
insbesondere auch als Mikrospiegelarray ausgebildet sein.
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Die
stereoskopische Aufspaltung des das Hauptobjektiv 2 beaufschlagenden
(einheitlichen) Strahlengangs 12a kann in an sich bekannter
Weise an beliebiger Stelle innerhalb des Mikroskopgehäuses 102 erfolgen.
Zweckmäßigerweise
erfolgt die stereoskopische Aufspaltung mittels des Vergrößerungssystems 7,
welches beispielsweise zwei oder vier stereoskopische Beobachtungskanäle aufweisen
kann. Es ist ebenfalls denkbar, das Vergrößerungssystem 7 mit
vier jeweils paarweise stereoskopischen Beobachtungskanälen auszubilden,
wobei dann jeweils ein Paar stereoskopischer Beobachtungskanäle für den Hauptoperateur
bzw. den Assistenten vorgesehen ist.
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Das
Vorsehen von vier Vergrößerungskanälen im Rahmen
des Vergrößerungssystems
ermöglicht
die Realisierung eines geringen vertikalen Abstandes zwischen jeweiliger
Beobachtungsachse und dem zu beobachtenden Objekt sowohl für den Hauptoperateur
als auch den Assistenten. Zweckmäßigerweise
verlaufen zwei Vergrößerungskanäle des Vergrößerungssystems,
insbesondere die Vergrößerungskanäle für den Hauptoperateur,
horizontal auf gleicher Höhe,
wobei zwei weitere Vergrößerungskanäle parallel
hierzu, d. h. ebenfalls horizontal, mit einer vertikalen Beabstandung
zu einander verlaufen. Diese Vergrößerungskanäle mit vertikaler Beabstandung
sind insbesondere für
den Assistenten nutzbar. Hierbei ist es insbesondere möglich, dass
die vertikal beabstandeten Vergrößerungskanäle oberhalb
bzw. unterhalb des Mittelpunkts der Verbindungslinie zwischen den
auf gleicher Höhe
ausgebildeten Vergrößerungskanälen für den Hauptoperateur
verlaufen. Hierdurch ist eine besonders dichte Packung der vier Vergrößerungskanäle gegeben,
wodurch eine besonders geringe Bauhöhe des erfindungsgemäßen Stereomikroskops
realisierbar ist. In den
2 und
3 ist, aus
Gründen
der Anschaulichkeit, jeweils nur eine Achse der Beobachtungsstrahlengänge dargestellt.
Insbesondere ist der Beobachtungsstrahlengang in der zweiten Mikroskopebene
II mit
12d bezeichnet. Es sei zur Erläuterung angemerkt, dass die zwei
Beobachtungsstrahlengänge
für den
Hauptoperateur in der Beobachtungsrichtung der
2 und
3 hinter
einander liegen, so dass lediglich einer dieser Beobachtungsstrahlengänge darstellbar
ist. Die vertikal beabstandeten Beobachtungsstrahlengänge in der
zweiten Mikroskopebene, welche an dem Umlenkelement
9 in
die dritte Mikroskopebene III abgelenkt werden, sind nicht im einzelnen
dargestellt. Auch der vertikal verlaufende Beobachtungsstrahlengang
12g stellt
bezüglich
der bevorzugten Ausführungsform
des Vergrößerungssystems
7 lediglich
eine schematische Vereinfachung dar, da tatsächlich bei dieser Ausführungsform
in der Darstellung der
2 und
3 insgesamt
zwei nebeneinander vertikal verlaufende Beobachtungsstrahlengänge in die
dritte Mikroskopebene abgelenkt werden. Eine vollständige Darstellung
dieser bevorzugten Ausführungsform
eines Vergrößerungssystems ist
in der
DE 102 55 960 offenbart,
auf die hiermit Bezug genommen wird.
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Mittels
(nicht dargestellter) Binokulartuben ist anschließend an
die Auskopplungseinrichtung 9 eine stereoskopische Beobachtung
des Objekts 40 durch den Hauptoperateur bzw. den Assistenten möglich.
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Zweckmäßigerweise
ist zur weiteren Umlenkung der stereoskopischen Beobachtungsstrahlengänge für den Hauptoperateur
hinter der Auskopplungseinrichtung 9 ein weiteres Umlenkelement 6 vorgesehen,
mittels dessen die (stereoskopischen) Beobachtungsstrahlengänge (bei 12e)
für den Hauptoperateur
von der zweiten Mikroskopebene II beispielsweise zurück in die
erste Mikroskopebene I ablenkbar sind. In der ersten Mikroskopebene
I ist ein weiteres Umlenkelement 16 vorgesehen, mittels
dessen die Beobachtungsstrahlengänge
für den
Hauptoperateur wieder im wesentlichen in eine horizontale Richtung
abgelenkt werden. Die Strahlengänge
zu einem (nicht dargestellten) Binokulartubus in der Mikroskopebene
I sind mit 12f bezeichnet.
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Ist
hingegen eine Beobachtung des Objektivs 40 durch den Hauptoperateur
in der zweiten Mikroskopebene II gewünscht, kann auf das Umlenkelement 6 verzichtet
werden, bzw. kann dieses halbdurchlässig oder verschiebbar ausgebildet
sein. In diesem Fall ergeben sich die mit 12h bezeichneten Beobachtungsstrahlengänge für den Hauptoperateur.
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Für den Assistenten
ist in der dritten Mikroskopebene III ein weiteres Umlenkelement 10 vorgesehen,
mittels dessen die durch die Auskopplungseinrichtung 9 ausgekoppelten
(im wesentlichen vertikal verlaufenden) Strahlengänge 12g in
die dritte Mikroskopebene (d. h. im wesentlichen in eine horizontale
Richtung) ablenkbar sind. Das Umlenkelement 10 ist zweckmäßigerweise
je nach Orientierung der Assistenten-Beobachtungsstrahlengänge um eine Achse 13 oder
eine zu dieser Achse senkrecht verlaufende Achse verschwenkbar,
so dass ein Assistenteneinblick über
den (nicht dargestellten) Assistenten-Binokulartubus im dargestellten
Beispiel in die Zeichenebene hinein, oder aus der Zeichenebene heraus
möglich
ist.
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Ein
Beleuchtungssystem des dargestellten Mikroskops ist insgesamt mit 3, 4 bezeichnet,
wobei mit 4 ein Faserkabel für eine Beleuchtungseinrichtung 3 bezeichnet
ist. Über
ein Umlenkelement 3a wird Licht aus dem Faserkabel 4 in
einem gewünschten
Winkel auf das zu beleuchtende Objekt 40 aufgebracht. Die
optische Achse des Faserkabels 4 ist mit 12 bezeichnet.
Anstelle des Faserkabels 4 sind auch andere Leuchtmittel
einsetzbar, beispielsweise eine Halogenlichtquelle usw.
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Das
Mikroskop 100 ist ferner mit einer Zusatzoptik 30, 32 ausgestattet,
welche die Durchführung
intraokularer Chirurgie ermöglicht.
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Die
Zusatzoptik weist eine Ophthalmoskopierlinse bzw. Funduslinse 30 und
eine Korrekturlinse 32 auf. Die Ophthalmoskopierlinse 30 dient
zur optischen Kompensation der Brechkraft des Auges.
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Da
die Ophthalmoskopierlinse 30 und die Korrekturlinse 32 bei
intraokularer Chirurgie gemeinsam verwendet werden, sind sie zweckmäßigerweise mittels
eines nicht dargestellten Verschwenkmechanismus aus dem Strahlengang 12a zwischen
Objekt 40 und Hauptobjektiv 2 bzw. der optischen
Achse 11a des Hauptobjektivs 2 heraus verschwenkbar.
Durch diese Verschwenkbarkeit ist gewährleistet, daß das Mikroskop 100 auch
für andere
chirurgische Eingriffe, welche keine derartige Zusatzoptik benötigen, eingesetzt
werden kann.
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Zur
Funktionsweise der Zusatzoptik sei zunächst ausgeführt, dass die Ophthalmoskopierlinse 30 eine
erste Zwischenabbildung 31 des Objekts 40 vor
dem Hauptobjektiv 2 des Mikroskops 100 erzeugt.
Das durch die Ophthalmoskopierlinse 30 erzeugte Bild 31 ist
höhen-
und seitenverkehrt (pseudo-stereoskopisch). Die Korrekturlinse 32 ist
zweckmäßigerweise
entlang der optischen Achse 11a verschiebbar ausgebildet,
wie mittels Doppelpfeils angedeutet ist. Durch Verschiebung der
Korrekturlinse 32 ist es beispielsweise möglich, auf
einen interessierenden Abschnitt des Objektes bzw. Auges 40 zu
fokussieren, ohne an den optischen Systemen im Gehäuse 102 Einstellungen
vornehmen zu müssen.
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Das
Zwischenbild 31, wie erwähnt, ist seitenverkehrt und
höhenverkehrt
bzw. pseudostereoskopisch. Zur Bereitstellung eines höhen- und
seitenrichtiges Bildes sind die einzelnen Mikrospiegel 82 der als
Mikrospiegelarrays 80 ausgebildeten optischen Elemente 21a, 21b in
eine Hohlspiegelanordnung eingestellt, wie sie oben unter Bezugnahme
auf 1b erläutert
wurde. Im Einzelnen ergibt sich folgende Beobachtungsstrahlpropagierung:
Die aus dem höhen-
und seitenverkehrten Zwischenbild 31 resultierenden Strahlengänge werden
mittels der Korrektur- bzw. Hilfslinse 32 oder gegebenenfalls (nach
Umlenkung am Umlenkelement 5) der optischen Zusatzkomponenten 8 in
einen im wesentlichen achsparallelen Strahlengang entlang der optischen
Achse 11b der ersten Mikroskopebene I umgewandelt. Dieser
achsparallele Strahlengang wird mittels des als Hohlspiegel wirkenden
optischen Elements 21a (Mikrospiegelarray 80 in
Hohlspiegelanordnung) in eine weitere Zwischenabbildung 22 im vertikalen
Strahlengang 12c zwischen den beiden Mikroskopebenen I,
II abgelenkt. Diese Zwischenabbildung 22 ist seitenrichtig
und höhenrichtig
bzw. stereoskopisch. Diese Zwischenabbildung 22 wird dann mittels
des als Hohlspiegel wirkenden optischen Elements 21b (Mikrospiegelarray 80)
in der zweiten Mikroskopebene II wieder ins Unendliche abgebildet (im
wesentlichen achsparalleler Strahlengang). Entlang der dritten optischen
Achse 11d befindet sich das vorzugsweise als vierkanaliges
Zoom-System ausgebildete Vergrößerungssystem 7,
wodurch, wie bereits erwähnt
die stereoskopische Aufspaltung für den Hauptoperateur und Assistenten
stattfindet. Es sei an dieser Stelle noch einmal auf die Doppelfunktionalität der optischen
Elemente 21a, 21b (Mikrospiegelarrays 80)
verwiesen. Einerseits dienen sie zur Umlenkung der Strahlengänge und
somit zur optimalen Raumausnutzung innerhalb des Mikroskopkörpers 102,
andererseits zur Invertierung eines pseudostereoskopischen Zwischenbildes,
wodurch die Anzahl der optischen Komponenten gegenüber herkömmlichen
Lösungen
reduzierbar ist.
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Die
optischen Elemente 21a, 21b (Mikrospiegelarrays 80)
dienen also jeweils sowohl zur Umlenkung der Beobachtungsstrahlengänge innerhalb des
Mikroskopgehäuses
als auch zur Bilderzeugung bzw. zur Abbildung ins unendliche, wodurch
in einfacher und preiswerter Weise eine Bildaufrichtung einer invertierten,
pseudo-stereoskopischen Zwischenabbildung zur Verfügung gestellt
ist.
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Erfindungsgemäß ist es
also möglich,
herkömmlich
verwendete SDI-Systeme, welche relativ komplexe Prismen- und Planspiegelsysteme
aufweisen, durch Mikrospiegelarrays zu ersetzen. Es wäre ebenfalls
denkbar, anstelle des optischen Elements 21a oder 21b das
Umlenkelement 5 mit einer Brechkraft bzw. als Mikrospiegelarray
auszubilden. Hierdurch würde
das invertierte Zwischenbild in der ersten Mikroskopebene I erzeugt
werden.
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Soll
das Mikroskop 100 ohne den Ophthalmoskopiervorsatz 30, 32 verwendet
werden, ist dieser, aus dem Strahlengang 12a entfernbar,
insbesondere herausschwenkbar. Ein entsprechender Verstellmechanismus,
welcher manuell oder motorisch ausgebildet sein kann, ist nicht
im einzelnen dargestellt. In diesem Fall werden, wie in 3 verdeutlicht,
die als Mikrospiegelarrays 80 ausgebildeten optischen Elemente 21a, 21b derart
modifiziert, dass sich die Anordnung der einzelnen Mikrospiegel
parallel zueinander und planar, wie sie in 1a dargestellt
ist, ergibt. Somit wirken die optischen Elemente 21a, 21b (Mikrospiegelarrays 80)
als Planspiegel, wie in 3 anschaulich dargestellt ist.
Im Übrigen entspricht
die Konfiguration des Mikroskops gemäß 3 im wesentlichen
derjenigen gemäß 2,
so dass auf eine nochmalige ausführliche
Darstellung verzichtet werden kann.
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Es
sei angemerkt, dass bei Einstellung der Mikrospiegelarrays 80 zur
Bereitstellung einer Planspiegelfunktion weitere Auskoppelungsmöglichkeiten
für Strahlengänge realisierbar
sind, wie sie in 3 mit 50a, 50b, 50c bezeichnet
sind. Zu diesem Zwecke können
die Mikrospiegel 82 halbdurchlässig ausgebildet sein. Es ist
ebenfalls denkbar, durch Ausbildung von Zwischenräumen zwischen
den einzelnen Mikrospiegeln 82 einen geometrischen Strahlenteiler
zu realisieren.
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Beispielhafte
Anordnungen der Mikrospiegel 82 der Mikrospiegelarrays 80 zur
Realisierung von Auskopplungen bei 50a, 50b und 50c in 3 sind
in den 4 und 5 dargestellt.
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In 4 ist
eine Anordnung der Mikrospiegel 82 dargestellt, wie sie
beispielsweise das optische Element 21a bei gleichzeitiger
Auskopplung des Strahlengangs 50c erfüllt. Die Anordnung der Mikrospiegel
ist 82 analog einsetzbar im Falle des als Umlenkelement
dienenden optischen Elements 21b, wenn dieses lediglich
den ausgekoppelten Strahlengang 50a bereitstellen soll.
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Man
erkennt in 4, dass ein Teil der Mikrospiegel 82,
hier mit 82' bezeichnet,
im wesentlichen parallel zu einem einfallenden Strahlengang 112 ausgerichtet
ist. Ein anderer Teil der Mikrospiegel, hier mit 82'' bezeichnet, beschreibt einen Winkel von
45 Grad bezüglich
des einfallenden Strahlengangs. Diese Anordnung der Mikrospiegel 82 führt insgesamt
dazu, dass ein Teil des einfallenden Lichts um 90 Grad in einem
Strahlengang 112' abgelenkt wird,
während
ein anderer Teil des einfallenden Lichts als Strahlengang 112'' das Mikrospiegelarray ohne Ablenkung
durchläuft.
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Zur
gleichzeitigen Realisierung einer Strahlumlenkung und der zwei Auskopplungen 50a, 50b, wie
in 3 dargestellt, ist beispielsweise eine Mikrospiegelanordnung
verwendbar, wie sie schematisch in 5 dargestellt
ist. Die Mikrospiegel, die wie in 4 angeordnet
sind, sind wiederum mit 82' und 82'' bezeichnet. Analog zu 4 bewirken
sie eine Ablenkung bzw. Transmission eines Strahlengangs 112 in
Strahlengänge 112', 112''.
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Ein
Teil der Mikrospiegel 82 ist bei dieser Anordnung unter
einem Winkel von 90 Grad bezüglich der
Mikrospiegel 82" angeordnet.
Diese Mikrospiegel sind mit 82''' bezeichnet.
Insgesamt lenken diese Mikrospiegel 82''' den einfallenden
Lichtstrahl 112 in entgegengesetzter Richtung zu den Spiegeln 82''. Der sich ergebende Strahlengang
ist mit 112''' in 5 bezeichnet.
Hierdurch ergeben sich auch bei Anordnung eines optischen Elements 21b in
der in 3 dargestellten Diagonalen Auskopplungsmöglichkeiten,
die bei herkömmlichen
Prismen bzw. Spiegeln nicht möglich
waren. Ein als herkömmlicher Spiegel
ausgebildetes Umlenkelement 21b in der Anordnung der 3 ist
nicht in der Lage, eine Auskopplung eines Teilstrahlengangs 50b zu
bewirken. Durch die erfindungsgemäß mögliche Ablenkung eines Strahlengangs
in beliebig viele Teilstrahlengänge (es
sind selbstverständlich
auch mehr als drei Teilstrahlengänge
denkbar) sind besonders klein bauende und kompakte optische Anordnungen
innerhalb eines Mikroskopkörpers
realisierbar.
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Es
sei darauf hingewiesen, dass die Mikrospiegel 88, 88', 88'', 88''' zweckmäßigerweise
in ihrer Größe und Lage
derart ausgebildet sein sollten, dass sie sie durch einen benachbarten
Spiegel bzw. benachbarte Spiegel abgelenkte oder transmittierte Strahlengänge nicht
abschatten oder vignettieren.
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Es
sei der Vollständigkeit
halber darauf hingewiesen, dass mittels der Mikrospiegelanordnungen,
wie sie insbesondere in den 4 und 5 gezeigt
sind, auch entsprechende Strahleinkopplungen bzw. Dateneinkopplungen
aus unterschiedlichen Richtungen möglich sind.
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Zweckmäßigerweise
sind die optischen Elemente 21a, 21b bzw. die
Mikrospiegelarrays 80 mit dem Ophthalmoskopier-Vorsatz
gekoppelt, so dass es bei Entfernung des Ophthalmoskopier-Vorsatzes aus
dem Strahlengang 12a automatisch bzw. motorisch eine Verstellung
der Mikrospiegel 82 zur Bereitstellung einer Planspiegelfunktion
bewerkstelligt werden kann.
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Es
sei darauf hingewiesen, dass es auch möglich ist, beispielsweise die
Umlenkelemente 6 oder 51 als Mikrospiegelarrays
auszubilden, und auch hier die Einspiegelungen und/oder Ausspiegelungen
vorzunehmen. Es kann auch günstig
sein, hier einen optischen Strahlenteiler, beispielsweise für eine Dokumentationseinrichtung,
einzusetzen.
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Mit
den erfindungsgemäß beschriebenen
Mikrospiegelarrays 80, mit denen in einfacher Weise sowohl
Hohlspiegel- als auch Planspiegelfunktionen als auch Strahleinteilerfunktionen
realisierbar sind, ergeben sich weitere neue Möglichkeiten zum Betreiben eines
Stereomikroskops: Wenn beispielsweise das Mikroskop in der Planspiegelfunktionalität der Mikrospiegelarrays
betrieben wird, d.h. also beispielsweise nicht in der Retinalchirurgie
verwendet wird, kann durch Ansteuerung eines oder beider Mikrospiegelarrays
eine Verstimmung des parallelen Strahlengangs dadurch erzeugt werden,
dass eine sphärische
Oberfläche
auf ein Mikrospiegelarray oder auf beide Mikrospiegelarrays gelegt
wird. Mit einer derartigen Verstimmung, die zudem kontinuierlich
erfolgen kann, ist es beispielsweise möglich, ohne die Verschiebung
einer Linse eine Fokussierung der Mikroskopoptik zu gewährleisten
(adaptiere Optik).
-
Weiterhin
lassen sich durch entsprechende Einstellung der einzelnen Mikrospiegel
auf den Mikrospiegelarrays beliebige Flächen, sogenannte Freiformflächen erstellen,
mit denen im Strahlengang auftretende bzw. festgestellte Fehler
kompensiert werden können.
Bei klassischen Optikelementen waren derartige Fehler nur durch
einen erhöhten
optischen Aufwand im Design korrigierbar.
-
- 2
- Hauptobjektiv
- 3
- Beleuchtungseinrichtung
- 3a
- Umlenkelement
der Beleuchtungseinrichtung
- 4
- Faserkabel
- 5,
6
- Umlenkelemente
- 7
- Vergrößerungssystem (Zoom-System)
- 8
- optische
Zusatzkomponenten
- 9
- Umlenkelement
(Auskopplungseinrichtung)
- 10
- Umlenkelement
- 11a,
11b, 11d
- optische
Achsen der optischen Elemente
- 12
- optische
Achse des Faserkabels
- 12a–h
- Achsen
der Beobachtungsstrahlen
- 13
- Drehachse
des Umlenkelement 10
- 16
- Umlenkelement
- 21a,
21b
- optische
Elemente (Umlenkelemente)
- 22
- Zwischenabbildung
- 30
- Ophthalmoskopierlinse (Funduslinse)
- 31
- Zwischenabbildung
- 32
- Korrekturlinse
- 40
- Objekt
- 50a,
50b, 50c
- ausgekoppelte
Strahlengänge
- 51
- Umlenkelement
- 80
- Mikrospiegelarray
- 82
- Mikrospiegel
- 82', 82'', 82'''
- Mikropsiegel 82 in
spezieller Orientierung
- 84
- Versorgung
- 100
- Stereomikroskop
- 102
- Mikroskopkörper (Gehäuse)
- 112,
112', 112'', 112'''
- Strahlengänge
- I,
II, III
- Mikroskopebenen