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Die
Erfindung betrifft ein Schutzglas-Modul zur Adaption an ein Objektiv
eines optischen Vergrößerungsgerätes,
insbesondere eines Operationsmikroskops.
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Um
die Frontlinse eines Objektivs eines optischen Beobachtungsinstruments
vor Verschmutzung bzw. Beschädigungen zu schützen,
kann ein Schutzglas auf das Objektiv gesetzt werden. Um unter sterilen
Bedingungen – beispielsweise in der Neurochirurgie – operationsmikroskopische
Untersuchungen durchführen zu können, wird auf
das Hauptobjektiv eines OP-Mikroskops ein Schutzglas gesteckt. Dieses
ist in bekannter Weise mit einem transparenten, flexiblem Plastikmaterial – einem
sogenannten „Drape" – verbunden. Mit einer derartigen
Kombinationsanordnung gelingt es, das Hauptobjektiv und die anderen
Mikroskop-Module vor Spritzwasser, welches mit Chemikalien und Geweberesten
kontaminiert ist, zu schützen.
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Aus
dem Firmenprospekt der Microtek Medical, Inc., Columbus,
MS (USA), mit der Bezeichnung: „Wild M680 Microscope Drape – Product
No. 3598", 1993, 3 Seiten, ist es bekannt, ein Schutzglas
vor dem Hauptobjektiv eines mit einem Drape verkleideten OP-Mikroskops
anzuordnen, wobei das Schutzglas etwas geneigt positioniert ist.
Das bedeutet, dass die vertikal verlaufende optische Achse des Mikroskops
auf das Schutzglas unter einem von 90° abweichenden Winkel
auftrifft, vgl. 1a. Mit dieser bekannten Anordnung
werden störende Streulichtreflexe reduziert bzw. eliminiert.
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Darüber
hinaus ist aus der
DE
44 13 920 B4 ein Einsatz für eine Sichtöffnung
eines Drape bekannt, der an einem röhrenförmigen
Vorsatz eines OP-Mikroskops vor dem Hauptobjektiv befestigt und mit
einem auswechselbaren Schutzelement versehen ist.
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Schließlich
ist aus der
US-PS 3 796 477 ein Drape
mit einem Einsatz für ein Schutzfenster bekannt, wobei
das Schutzelement eine Planfläche aufweist, zum Hauptobjektiv
hin gerichtet ist, und eine Halbkugelfläche („hemispherical
protective window") aufweist, die zum Untersuchungsobjekt hin gerichtet ist.
Das Schutzelement stellt mithin eine Plankonvex-Linse mit strahlenbündelquerschnittsverändernder
Wirkung dar, die im unteren Bereich eines „Linsen-Gehäuses"
(„lens housing 360") mittels eines flachen, peripheren
Linsenkranzes derart gehaltert ist, dass deren Halbkugelfläche
aus dem Linsengehäuse deutlich herausragt.
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Den
bekannten Vorrichtungen haften einzeln oder in Kombination u. a.
folgende Nachteile an:
Schutzgläser, die senkrecht
zur optischen Achse des Hauptobjektivs angeordnet sind, führen
zu nicht vertretbaren Lichtreflexen im OP-Mikroskop. Schräg
gestellte Schutzgläser, vgl. 1a, führen
zwangsläufig zu einer „höheren" Gehäuseform
des Schutzglas-Moduls und damit zu einer „störenden” Reduzierung
des freien Arbeitsabstandes des Chirurgen. Außerdem ist
es im Einzelfall nachteilig, dass die das jeweilige Schutzglas beinhaltenden
Module nach dem Anbringen an dem Hauptobjektiv(-Gehäuse)
hinsichtlich ihrer Relativlage zum Hauptobjektiv unmittelbar vor
oder während dem/des Eingriff(s) des Chirurgen von diesem
nicht gezielt verändert werden können. Weiterhin
ist es von Nachteil, wenn durch Einfügung eines Schutzelements,
das gleichzeitig als Linse fungiert, der gesamte Abbildungsstrahlengang beeinflusst
wird. Schließlich kann es nachteilig sein, ein Drape in
jedem Falle mit einer gezielten Öffnung vorzusehen und
an dieser Stelle mit einer Haltevorrichtung für das Einbringen
eines auswechselbaren Schutzglases zu versehen.
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Es
ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Schutzglas-Modul
zur Adaption an das Hauptobjektiv eines OP-Mikroskops anzugeben, dass
die Nachteile bekannter Lösungsvorschläge nicht
aufweist.
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Diese
Aufgabe wird bei einem Schutzglas-Modul der eingangs genannten Art
durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs, des Patentanspruchs
22 sowie des Verwendungs-Anspruchs 36 gelöst.
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Die
Erfindung wird nunmehr an Hand der Figuren näher erläutert.
Es zeigen in rein schematischer Darstellung:
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1a:
eine Anordnung eines OP-Mikroskops mit einem bekannten vorgeschalteten
Schutzglas-Modul mit schräg gehaltertem Schutzglas ohne Drape;
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1b:
das in 1a gezeigte OP-Mikroskop mit
vorgeschaltetem erfindungsgemäßen Schutzglas-Modul
ohne Drape;
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2a:
eine Detaildarstellung einer ersten Variante eines erfindungsgemäßen
Schutzglas-Moduls mit integriertem Drape;
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2b:
eine Detaildarstellung einer zweiten Variante eines erfindungsgemäßen
Schutzglas-Moduls mit integriertem Drape;
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2c:
eine vergrößerte Skizze des in 2b Dargestellten
mit zusätzlicher Verklammerungsvorrichtung für
die beiden Modul-Teile.
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In 1a ist
ein OP-Mikroskop 1 mit einem Hauptobjektiv 2 und
einer Beleuchtungsvorrichtung mit einer Lichtquelle 11 dargestellt,
von der ein Beleuchtungsstrahlenbündel 12 ausgeht,
welches nach Umlenkung durch das Hauptobjektiv 2 sodann
durch ein bekanntes Modul 6a und schließlich auf
das nicht mit dargestellte Untersuchungsobjekt – zum Beispiel einen
Patienten – fällt. Das Abbildungsstrahlenbündel
verläuft in Richtung der senkrechten optischen Achse 7 des
Mikroskops 1 in den mit Okularen bestückten Mikroskoptubus 3.
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Durch
die Schiefstellung des planparallelen Schutzglases 4 werden
zwar einerseits störende Innenreflexe vermieden, die vom
Beleuchtungsstrahlenbündel 12 nach Teilreflexion
an dem Schutzglas 4 herrühren; andererseits führt
diese Schiefstellung des Schutzglases 4 jedoch zwangsläufig
zu einem „höher" bauenden Modul 6a. Diese
konstruktive Konsequenz wird durch die "Bauhöhe" Bp gekennzeichnet,
wobei der Index-Buchstabe „p" das planparallele Schutzglas 4 bezeichnet.
Mit der Bezugsziffer 8a wurde die senkrechte Achse auf
dem Schutzglas gekennzeichnet. Der Schrägstellungs-Winkel
des Schutzglases 4 ergibt sich aus dem Winkel zwischen den
beiden Achsen 7 und 8a. Er liegt bei bekannten Anordnungen
optimaler Weise zwischen 10° und 15°. Die zeichnerisch
veranschaulichte Schieflage des Schutzglases 4 muss in
der dargestellten Orientierung wegen der Beleuchtungseinkopplung 11, 12 und der
damit verbundenen Reflexbeseitigung dem Mikroskop 1 zugeordnet
werden. Es muss also eine gezielte azimutale Orientierung bei der
Anbringung des Moduls 6a an dem Hauptobjektiv 2 beachtet
werden.
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Diese
bewusste Orientierung entfällt bei der in 1b gezeichneten
Anordnung. Dargestellt ist das in 1a bereits
abgebildete OP-Mikroskop 1, jedoch mit dem Unterschied,
dass dem Hauptobjektiv 2 nunmehr ein erfinderisches Modul 6b zugeordnet ist,
das ein planparalleles sphärisches Schutzglas 5 enthält.
Die deutlich verringerte Bauhöhe ist mit Bs bezeichnet,
wobei der Index-Buchstabe „s" das sphärische Schutzglas 5 veranschaulicht.
Die optische Achse 8b des sphärischen Schutzglases 5 durchstößt
im Scheitelpunkt 9 die sphärische Frontfläche von 5.
Das sphärische Schutzglas 5 stellt gewissermaßen
ein sphärisch durchgebogenes „Planglas" dar. Seine
Begrenzungsflächen in allen ihren Teilen haben einen gleichmäßigen
Abstand voneinander und sind infolge dessen ohne optische Wirkung.
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Physikalisch
ausgedrückt bedeutet dies, dass die Brechkraft des sphärischen
Schutzglases 5 gleich Null ist, also 0 Dioptrien (dpt)
beträgt. Hierbei bedeutet die Brechkraft den reziproken
Wert der Brennweite eines abbildenden optischen Systems.
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Neben
der deutlich verringerten Bauhöhe des erfindungsgemäßen
Moduls (6b) in 1b im Vergleich
zum bekannten Modul (6a) in 1a, so dass
gilt
Bs < Bp
ergibt
sich aber noch ein weiterer Vorteil:
Bei Verwendung eines sphärischen
Schutzglases (5) entfällt wegen der Rotationssymmetrie
dieses Bauelementes die bewusste azimutale Orientierung bei der
Adaption an das Hauptobjektiv 2.
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Das
bedeutet, dass eine wesentlich einfachere Befestigungsmechanik gewählt
werden kann: Anstelle eines Bajonetts – im Falle von 1a – kann bei
der in 1b gezeigten Anordnung eine Schraubfassung
vorgesehen sein.
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In
einer ersten erfindungsgemäßen Variante ist der
Scheitelpunkt 9 des sphärischen Glases 5 mittig
zur optischen Achse 7 des Mikroskops 1 angeordnet.
Im Einzelfall ist es – je nach der verwendeten Beleuchtungseinspiegelung
in das Mikroskop 1 – dennoch möglich,
dass noch störende Restreflexe auftreten.
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Diese
Erscheinungen können gemäß einer weiteren
erfinderischen Variante durch eine exzentrische Positionierung der
Achse 8b im Bezug auf die Achse 7 des Mikroskops 1 unterdrückt
werden. Dazu sind an dem Hauptobjektivgehäuse und/oder
an dem Modul 6b mechanische und/oder magnetische Befestigungs-
und Linearverschiebungs-Vorrichtungen vorgesehen, beispielsweise
also eine an sich bekannte x-y-Kreuztisch-Verstelleinrichtung. Damit
gelingt es, das Modul 6b nach Wahl in einer Ebene, auf der
die Mikroskopachse 7 senkrecht steht, gezielt um kleine
Beträge zu verschieben, wobei Achsen-Parallelität
zwischen (7) und (8b) jeweils erhalten bleibt.
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Nach
einer weiteren Variante ist es auch möglich, das Modul 6b bezüglich
der vertikalen Achse 7 „schief" zu stellen. Dazu
können an sich bekannte sich kreuzende sphärische
Verstellschlitten vorgesehen sein. Die Achse 8b des sphärischen
Schutzglases 5 und die Achse 7 bilden dann einen
Winkel miteinander, der von 0° verschieden ist. Es sei
darauf hingewiesen, dass bei dieser erfinderischen Variante eine
orientierte azimutale Anbringung des Moduls 6b an das Gehäuse
des Hauptobjektivs wegen der Verkippung der Achse 8b wieder
zwingend notwendig ist. Dennoch handelt es sich bei dieser Variante
um eine erfinderische Ausführungsform, mit der im Einzelfall
vagabundierende störende Rest-Streulichteffekte eliminiert
werden können. Die Rotations- bzw. Linearverschiebungs-
bzw. Verkippungs-Mittel können einzeln oder in Kombination
vorgesehen sein.
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Nach
einer weiteren erfinderischen Variante wird der Radius des sphärischen
Schutzglases mit 0 dpt so gewählt, dass keine Reflexe in
des Mikroskop 1 gelangen und gleichzeitig die Achsen (7)
und 8b zusammenfallen. In diesem Fall ist das Schutzglas 5 in
dem Modul 6b austauschbar zu haltern.
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Andererseits
ist es auch möglich, einstückige Module vorzusehen,
wobei das Gehäuse des Moduls 6b und das Schutzglas 5 fest
miteinander verbunden sind. Auch ist es möglich, das Modul 6b mit
inkorporiertem Schutzglas 5 monolithisch zu gestalten unter Verwendung
eines gemeinsamen Kunststoffmaterials.
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In
Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist das Schutzglas 5 mit
einer speziellen reflexmindernden Schicht belegt. Zwar ist es bereits
bekannt, Schutzgläser zur allgemeinen Reflexminderung mit einer
Breitbandentspiegelung zu beschichten. Diese Schichten haben jedoch
den Nachteil, dass derart beschichtete Schutzgläser nicht
mehr dampfsterilisierbar sind, sondern nur noch mit dem sogenannten „ETO-Prozess"
sterilisiert werden können, vgl. hier das „Handbuch
der Sterilisation", Herausgeber: F. Weinig und K. Hahnen, Publikation
der 3M (Schweiz) AG, 3. Auflage, 1999, ISBN3-9521844-0-3.
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Erfindungsgemäß wird
das Schutzglas 5 mit einer „Ion-Plating" (10) – Beschichtung
versehen, wie sie aus dem Artikel von A.J. Waldorf et al: „Optical coatings
deposited Gy reactive ion Plating", Applied Optics, Vol. 32, No.
28, 1. Oct. 1993, Seiten 5583–93, bekannt ist.
Bei Verwendung dieser 10-Beschichtung hat es sich gezeigt, dass
die physiko-chemische und mechanische Stabilität dieser
Entspiegelungsschicht auf den Schutzgläsern derart ist,
dass die damit belegten Schutzgläser dampfsterilisierbar
werden. Damit ist der reproduzierbare Einsatz der Schutzgläser 5 bzw.
der Module 6b gesichert, da die Dampfsterilisierbarkeit
für die Prionen-Inaktivierung von großer Bedeutung
ist.
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In 2a ist
eine Weiterbildung der vorliegenden Erfindung anhand einer Detailskizze
rein schematisch dargestellt. Unterhalb des Gehäuses für das
Hauptobjektiv 2 ist ein aus zwei Teilen 13a, 14a bestehender
transparenter planparalleler Körper – bezeichnet
als Modul 6c – gezeigt. Der obere Teil 13a ist
plankonvex und der untere Teil 14a in geometrisch-optisch
komplementärer Formgebung plankonkav ausgebildet derart,
dass beim Zusammenfügen beider Teile 13a, 14a ein
planparalleles optisches Gesamtbauteil resultiert.
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Dazwischen
ist ein Teil 10a eines Drape 10 eingelegt, so
dass gewissermaßen ein „optischer Sandwich mit
Folieneinlage" resultiert, der nachfolgend als Zwangsklemmungs-Modul 6c bezeichnet wird.
Prinzipiell stellt die Kombination 13a, 14a ein zweiteiliges,
planparalleles, optisch transparentes Schutzglas mit integriertem
bzw. inkorporiertem Drape-Teil 10a dar, dessen Bauhöhe
mit Bd bezeichnet wird, wobei der Index-Buchstabe „d" für „Drape" steht.
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Die
Befestigung des oberen Teils 13a am Gehäuse des
Hauptobjektivs 2 kann in analoger Weise geschehen, wie
es für das Modul 6b der 1b näher
erläutert wurde. Auch optional betätigbare mechanische
und/oder magnetische Adaptionsvorrichtungen, mit denen zusätzlich
die bereits weiter oben beschriebenen Rotations-, Lineartranslations- und/oder
Verkippungs-Bewegungen einzeln oder in Kombination ausgeführt
werden können, sind zusätzlich möglich.
Auf die Befestigung des unteren Teils 14a nach Zwischenfügung
eines Drape–Teils 10a wird weiter unten näher
eingegangen.
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Im
Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die komplementären
Flächenformen der Teile 13a, 14a, die
innen liegend einander zugeordnet sind, in einer großen
Variationsvielfalt zu gestalten. Dies ist technisch besonders einfach
zu realisieren, wenn die Teile 13a, 14a aus spritzgusstechnisch herstellbaren
transparenten Kunststoffmaterialien gefertigt werden. So ist es
auch möglich, die komplementären Formen der Innenflächen
der Teile 13a, 14a teilweise planer auszubilden.
Dies ist in 2b gezeigt, wo neben einem sphärischen
Zentralbereich 10a des Drape-Teils auch ein tellerrandförmiger
planer Außenbereich 10b dargestellt ist. Auch
ist es möglich, die planeren Bereiche „schief"
zur optischen Achse 8c des eingefügten Drape-Teils 10a,
also unter einem Winkel 90° zur optischen Achse 7 des
Mikroskops 2, vorzusehen.
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In
Weiterbildung der vorliegenden Erfindung kann die Teile-Kombination 13a, 14a bzw. 13b, 14b anstelle
einer planparallelen Gesamtanordnung auch eine sphärische „Sandwich"-Anordnung
sein. Beide Teile hätten in dieser Variante die Raumform
wie in 1b das Schutzglas 5.
Auch in diesem Ausführungsbeispiel ergibt sich eine zusammengesetzte Bauelemente-Anordnung
mit einer Brechkraft von 0 dpt.
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2c ist
eine vergrößerte Detailzeichnung von 2b mit
dargestellter Befestigungsvorrichtung für das untere Teil 14b,
wobei es sich um eine rein schematische Prinzipdarstellung handelt.
Gezeigt werden zwei im Querschnitt „U"-förmige
Klammern, die einander diametral gegenüber liegen. Sie
sind so dimensioniert, dass sie den unteren Teil 14b zusammen
mit den zwischengefügten Drape-Teilen 10a, 10b kraftschlüssig
an die Komplementärseite des oberen Teils 13b andrücken.
Damit entsteht eine Gesamtkombination 14b; 10a; 10b; 14b eines
Schutzglas-Systems mit integriertem Drape-Teil. Die Anzahl der Klammern 15 kann
im Einzelfall erhöht werden. Auch sind andere übliche,
wieder lösbare Befestigungsvarianten denkbar, beispielsweise
Schellen, Haken, Dübel, Druckknöpfe, Ringe, Bänder
und/oder magnetische Befestigungshilfen.
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Die
Anordnung kann auch derart getroffen sein, dass das verwendete Drape
einen speziellen Folieneinsatz in dem Bereich 10a, 10b aufweist,
der in dem Teile-Paar 13b, 14b zwangsgeklemmt
wird. Dabei kann es von Vorteil sein, dass dieser Folieneinsatz
aus einem transparenten Material mit verbesserten Dehnungseigenschaften – zum
Beispiel aus Latex – besteht. Damit wird ein Verfalten
oder Verknittern des sphärischen Zwangsklemmungsbereichs 10a sicher
ausgeschlossen.
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Andererseits
wäre es auch möglich, den Drape-Teil 10a, 10b beidseitig
mit einem optisch transparenten Immersionsmittel zu beschichten,
beispielsweise mit Silikonöl, um auf diese Weise geringfügige Verknitterungen
und Faltenbildungen des sphärisch „verformten"
Drapes „optisch zu neutralisieren", also etwaige Luftzwischenräume
mit einem fluiden Immersionsmittel zu verfüllen, welches
insbesondere einen vergleichbaren Brechungsindex wie das verwendete
Folienmatrial aufweist.
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Schließlich
ist es auch möglich, ausgehend von der Vorrichtung gemäß 1b ein
durchgebogenes transparentes Schutzglas aus flexiblem Kunststoffmaterial
vorzusehen, welches in dem Schutzglas-Gehäuse im Presssitz
angeordnet ist und welches mittels im Inneren des Gehäuses
angebrachter, radial bewegbarer Verschiebebacken in der Weise zusätzlich
deformiert wird, dass die Sphärizität des Schutzglases
geringfügig verändert wird. Auch mit dieser optionalen
Korrekturmaßnahme ist im Einzelfall in situ eine Streulichtunterdrückung
realisierbar.
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Mit
der vorliegenden Erfindung wird ein Schutzglas in Kombination mit
einem Drape zur Verfügung gestellt, welches in einem Modul
mit geringer Bauhöhe positioniert ist, wobei optionale
Varianten für eine Relativbewegung des Moduls zu einer
vollständigen Eliminierung des restlichen Streulichts im System
beitragen. In der Grundversion der vorliegenden Erfindung ist eine
einfache mechanische Fassung für die Adaption an das Mikroskopobjektivgehäuse
realisiert worden. Darüber hinaus trägt die „integrierte
Befestigung" des Drape in „Sandwich-Form" zu einer Verbreiterung
des Einsatzbereichs bei minimierter Bauhöhe des Schutzglas-Moduls
bei. Schließlich wird mit der dampfsterilisierbaren Beschichtung
der Schutzgläser eine Mehrfachbenutzung ermöglicht.
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- 1
- Operationsmikroskop
mit Vergrößerungssystem
- 2
- Hauptobjektiv
von (1)
- 3
- Mikroskoptubus
mit Okularen
- 4
- schief
gestelltes, planparalleles Schutzglas
- 5
- sphärisches
Schutzglas
- 6a
- Modul
für (4)
- 6b
- Modul
für (5)
- 6c
- Zwangsklemmungs-Modul
für (10) im Bereich vor dem Hauptobjektiv (2)
- 6d
- Zwangsklemmungs-Modul
für (10) im Bereich vor dem Hauptobjektiv (2)
mit planem, ringförmigen Außenbereich (10b)
der Klemmfläche
- 7
- optische
Achse des Mikroskops (1)
- 8a
- senkrechte
Achse auf (4)
- 8b
- optische
Achse von (5)
- 8c
- optische
Achse vom eingeklemmten Drape-Teil
- 9
- Scheitelpunkt
von (5)
- 10
- Drape
- 10a
- sphärisch
zusammengeklemmter Teil von (10) in (6c)
- 10b
- planer,
ringförmiger Außenbereich von (10) im
Modul (6d)
- 11
- Lichtquelle
für Mikroskopbeleuchtung
- 12
- Achse
des Beleuchtungsstrahlenbündels
- 13a
- plankonvexer
(oberer) Teil von (6c)
- 13b
- plankonvexer
(oberer) Teil von (6c) mit planem ringförmigen
Außenbereich (10b)
- 14a
- plankonkaver
(unterer) Teil von (6c)
- 14b
- plankonkaver
(unterer) Teil von (6c) mit planem ringförmigen
Außenbereich (10b)
- 15
- Klammer(n)
- Bd
- Bauhöhe
des Moduls (6c) mit eingeklemmtem Drape-Teil
- Bp
- Bauhöhe
des Gehäuses (6a) mit Schutzglas (4)
- Bs
- Bauhöhe
des Gehäuses (6b) mit Schutzglas (5)
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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-
Zitierte Patentliteratur
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- - DE 4413920
B4 [0004]
- - US 3796477 [0005]
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- - Firmenprospekt
der Microtek Medical, Inc., Columbus, MS (USA), mit der Bezeichnung: „Wild M680
Microscope Drape – Product No. 3598", 1993, 3 Seiten [0003]
- - „ETO-Prozess" sterilisiert werden können,
vgl. hier das „Handbuch der Sterilisation", Herausgeber:
F. Weinig und K. Hahnen, Publikation der 3M (Schweiz) AG, 3. Auflage,
1999, ISBN3-9521844-0-3 [0026]
- - A.J. Waldorf et al: „Optical coatings deposited Gy reactive
ion Plating", Applied Optics, Vol. 32, No. 28, 1. Oct. 1993, Seiten
5583–93 [0027]