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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Video-Stereomikroskop und ein
Verfahren zur stereoskopischen Betrachtung unter Verwendung eines
Video-Stereomikroskops.
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Operationsmikroskope
mit Videoausgängen, an welche beispielsweise Videokameras
anschließbar sind, sind bekannt, und werden häufig
als Videomikroskope bzw. Video-Stereomikroskope bezeichnet.
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Die
Entwicklung bei Operationsmikroskopen versucht zunehmend Lösungen
dafür zu finden, wie man gleichzeitig mehreren Beobachtern
(z. B. Hauptoperateur und Assistent) über Videopräsentation
an verschiedenen Orten höhen- und seitenrichtige stereoskopische
Bilder bzw. 3D-Bilder anbieten kann.
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Aus
der
US 5,867,210 ist
es bekannt, ein Operationsmikroskop mit einer Kamera zu versehen, und
das dabei aufgenommene Bild auf einen Monitor zu leiten. Solche
Monitore können an Halterungen befestigt werden. Derartige
Halterungen sind jedoch, insbesondere in Operationssälen,
nicht beliebig im Raum anordnenbar, so dass der Bewegungsspielraum
des Operateurs eingeschränkt werden kann.
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Aus
der
DE 43 21 934 C2 ist
ein chirurgisches Mikroskop bekannt, welches mit einer Kamera versehen
ist, die ihre Bilder an eine Wiedergabevorrichtung mit einem Stereookular
liefert.
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Die
US 5,067 804 beschreibt
ein Stereomikroskop, das über Kameras und Datenleitungen
sowie Wiedergabevorrichtungen Bilder eines beobachteten Feldes in
einem Stereookular generiert.
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Zahlreiche
Operationen werden gleichzeitig von einem Hauptoperateur und wenigstens
einem Assistenten durchgeführt. Hauptoperateur und Assistenten
stehen hierbei um einen Operationstisch. Die Position des Hauptoperateurs
wird als 0°-Position bezeichnet. Eine Position eines ihm
gegenüber stehenden Assistenten als 180°-Position.
Die Positionen eines senkrecht zum Hauptoperateur und diesem Assistenten
stehenden weiteren Assistenten werden als 90°-Positionen
bezeichnet.
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Operateure,
die unter Verwendung eines Video-Stereomikroskops unter Winkeln
von 90° und/oder 180° zueinander um das Operationsfeld stehen,
und unter entsprechend unterschiedlichen Winkeln auf das Operationsfeld
schauen, sollten zur Erleichterung ihrer Arbeit entsprechend ihrer
tatsächlichen Perspektive unterschiedliche stereoskopische Bilder
von dem zu betrachtenden Objekt auf ihrer jeweiligen Display-Einrichtung
sehen. Derartige unterschiedliche stereoskopische Bilder, beispielsweise für
die 0°- und die 90°-Position, können
nicht mit nur einer einzigen Stereokamera (bei einer 3D-Videoübertragung)
erzeugt werden.
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Gemäß der
EP 1 887 403 A1 wird
diese Schwierigkeit dadurch behoben, dass unterhalb einer ein Hauptobjektiv
aufweisenden Optik für einen Hauptoperateur (d. h. zwischen
Objekt und Objektiv) die Strahlengänge für einen
Assistenten ausgekoppelt werden. Dadurch, dass die entsprechende
Auskopplungseinrichtung zwischen Objekt und Hauptobjektiv des Hauptoperateurs
liegt, wird jedoch der freie Arbeitsabstand eingeschränkt,
so dass der Operateur gegebenenfalls seine sehr langen Instrumente nicht
mehr problemlos in das OP-Feld einbringen oder wunschgemäß in
diesem bewegen kann.
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Ziel
der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung höhen-
und seitenrichtiger stereoskopischer bzw. 3D-Bilder an verschiedenen
Positionen ohne Einschränkung des freien Arbeitsabstandes,
insbesondere an der 0°-, 90°- und 180°-Position
eines Operationsmikroskops, im Rahmen einer Videodarstellung.
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Dieses
Ziel wird erreicht mit einem Video-Stereomikroskop bzw. Operationsmikroskop
mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 bzw. einem Verfahren mit
den Merkmalen des Patentanspruchs 11.
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Erfindungsgemäß werden
die Eigenschaften eines im Wesentlichen horizontal ausgerichteten Pankrat-
bzw. Zoom-Systems mit wenigstens zwei, insbesondere vier Beobachtungskanälen
ausgenutzt. Die Verwendung eines horizontal ausgerichteten Zoom-Systems
ermöglicht es zunächst, dass das erfindungsgemäße
Stereomikroskop sehr flach baut. Eine derart realisierbare kleine
Bauhöhe ist, insbesondere bei Operationsmikroskopen, aus
ergonomischen Gründen sehr günstig. Die wenigstens
zwei, insbesondere vier Beobachtungskanäle ermöglichen in
besonders vorteilhafter Weise die Beobachtung eines Objekts durch
einen Hauptoperateur bzw. einen Hauptoperateur und einen Assistenten.
Dadurch, dass in diesem Zusammenhang keine Auskopplung von Strahlengängen
unterhalb des Hautobjektivs erfolgt, bleibt der freie Arbeitsabstand
unterhalb des Hauptobjektivs voll und uneingeschränkt erhalten. Dies
ist insbesondere auch dann vorteilhaft, wenn es notwendig ist, andere
optische Komponenten dem Hauptobjektiv vorzuschalten, d. h. zwischen
Objekt und Hauptobjektiv zu positionieren. Hier sei insbesondere
auf Inverter-Systeme, sogenannte BIOM- oder SDI-Systeme hingewiesen.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Video-Stereomikroskops
sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Vorteilhafterweise
stellt die Aufnahmeeinrichtung eine stereoskopische Aufnahme mit
vertikaler Stereobasis bereit, wobei eine Displayeinrichtung zur
Darstellung dieser Aufnahme mit horizontaler Stereobasis, also um
90° um eine horizontale Achse gedreht, vorgesehen ist.
Zweckmäßigerweise ist die Displayeinrichtung ferner
in einer Beobachtungsposition 90° versetzt bezüglich
der optoelektronischen Aufnahmeeinrichtung angeordnet. Das Versetzen entspricht
hierbei einer Drehung von beispielsweise 90° um eine vertikal
verlaufende Achse. Beispielsweise kann die Aufnahmeeinrichtung in
der 180°-Beobachtungsposition angeordnet sein (wo sie den Hauptoperateur
nur minimal behindert), wohingegen die Displayeinrichtung in einer
90°-Beobachtungsposition angeordnet ist.
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Zweckmäßigerweise
ist die Aufnahmeeinrichtung als zweikanalige Stereokamera ausgebildet. Mit
einer derartigen Stereokamera ist auf der Grundlage der zwei parallel
zueinander verlaufenden Beobachtungsstrahlenbüschel ein
stereoskopisches Bild erzeugbar, und auf einer geeigneten Display-Einrichtung
(Monitor) darstellbar.
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Die
Aufnahmeeinrichtung, insbesondere die Stereokamera, weist vorzugsweise
für jeden Beobachtungskanal eine Abbildungsoptik und einen
Kamerachip oder für jeweils zwei Beobachtungskanäle eine
Abbildungsoptik und einen Kamerachip auf, sowie eine entsprechende
Elektronik zur Bildaufbereitung. Über eine derartige Elektronik
zur Bildaufbereitung und Steuerung können somit elektronisch
erzeugte 3D-Bilder bzw. Stereobilder dem Operateur über
eine Dispaly- und/oder Betrachtungseinrichtung, z. B. 3D-Monitore
oder 3D-Brillen oder 3D-Okulare dargestellt werden. Unter 3D-Okularen
wird hierbei insbesondere eine Betrachtungseinheit (Tubus) mit zwei
Displays und zwei Okularen, von denen jeweils eines einem der Displays
zugeordnet ist, verstanden. Durch entsprechende Positionierung der Stereokamera
sind die aufgenommenen Bilder stereoskopisch korrekt.
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Zweckmäßigerweise
erfolgt die Datenübertragung zwischen Aufnahmeeinrichtung
und Displayeinrichtung über Kabel oder kabellos. Die Stereokamera
ist bevorzugt gleichzeitig als Kamera zur Datenaufzeichnung dreidimensionaler
oder zweidimensionaler Bilddaten verwendbar.
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Die
Anzahl der Umlenkungen muss gegebenenfalls mit Bildumkehrprismen
ergänzt werden, um stereoskopisch korrekte Bilder zu erhalten.
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Bevorzugt
weist das Zoom-System des erfindungsgemäßen Video-Stereomikroskops
einen dritten und einen vierten Beobachtungskanal auf, die auf gleicher
horizontaler Höhe durch das Zoom-System verlaufen.
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Gemäß einer
besonders bevorzugten Ausführungsform weist das erfindungsgemäße
Video-Stereomikroskop eine weitere Aufnahmeeinrichtung auf, welche
zur Bereitstellung einer Aufnahme auf der Grundlage von die dritten
und vierten Beobachtungskanäle durchlaufenden Strahlenbüscheln dient,
sowie eine weitere Displayeinrichtung, welche die somit erzeugte
weitere Aufnahme ohne Drehung (um eine horizontale Drehachse) wiedergibt.
Gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform
können ein Hauptoperateur und ein Assistent beispielsweise
in einem Winkel von 90° zueinander am Operationstisch stehen
(in der 0°- bzw. der 90°-Position), während
die für Hauptoperateur und Assistent verwendeten Aufnahmeeinrichtungen
im Wesentlichen an gegenüberliegenden Seiten des Operationstisches
(0°- bzw. 180°-Position) positioniert sind. Mit
anderen Worten, wenn die Position des Hauptoperateurs bzw. der ihm
zugeordneten Aufnahmeeinrichtung die 0°-Position ist, befindet
sich die Aufnahmeeinrichtung für den Assistenten an der
1800 Position. Dies bedeutet, dass die Stereokamera für
die 90°-Position nicht wie bisher auch mechanisch-optisch
unter 90° zum Mikroskop montiert werden muss, sondern,
wie oben beschrieben, in vorteilhafter Weise unter 180°. Hierdurch
wird diese Kamera bezüglich des Hauptoperateurs mit möglichst
großer Beabstandung positioniert, wobei mit dieser Anordnung
die Arbeitsweise sowohl des Hauptoperateurs als auch des Assistenten
nur minimal beeinträchtigt sind.
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Gemäß einer
besonders bevorzugten Ausführungsführung des erfindungsgemäßen
Video-Stereomikroskops sind wenigstens zwei Beobachtungskanäle
des Zoom-Systems, insbesondere die vertikal voneinander beabstandeten
ersten und zweiten Beobachtungskanäle, bezüglich
der Längserstreckungsrichtung des Zoom-Systems verdrehbar
ausgebildet. Durch eine derartige Drehung sind der erste und zweite
Beobachtungskanal nicht mehr genau vertikal übereinander
angeordnet, sondern etwas schräg zueinander. Die durch
den ersten und zweiten Beobachtungskanal aufgespannte Stereobasis
verläuft damit bezüglich der Vertikalen ebenfalls
schräg.
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Zweckmäßigerweise
ist diese Verdrehung der ersten und zweiten Beobachtungskanäle
automatisch bewerkstelligbar, wenn z. B. der zunächst aus
der 90°-Position beobachtende Assistent, beispielsweise
um dem Hauptoperateur auszuweichen, seine Displayeinrichtung um
einige Grad in Richtung der 180°-Position verschiebt. Die
Verschiebung des Beobachters bezüglich der 90°-Position
wird vorzugsweise mittels Sensoren, welche an der Displayeinrichtung
vorgesehen sind, erfasst, und einer Rechen- bzw. Auswerteeinheit,
welche dem Zoom-System zugeordnet ist, übermittelt.
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Die
Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügte
Zeichnung weiter beschrieben. In dieser zeigt
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1 eine
schematische Seitenansicht des Gesamtaufbaus einer bevorzugten Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Video-Stereomikroskops,
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2 eine
Querschnittsansicht einer bevorzugten Ausführungsform eines
erfindungsgemäß verwendbaren Zoom-Systems bzw.
Pankraten,
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3 eine
Draufsicht einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäß einsetzbaren
Umlenkelements zum teilweisen Umlenken von Strahlenbüscheln,
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4 eine
vergrößerte Darstellung im Rahmen des erfindungsgemäßen
Video-Stereomikroskops einsetzbarer Umlenkelemente zum Trennen von
Haupt- und Assistenten-Strahlengang, und
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5 eine
schematische Draufsicht des Video-Stereomikroskops gemäß 1.
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In
den 1 und 5 ist ein (schematisch dargestellter)
Mikroskopkörper einer bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Stereomikroskops mit 1 bezeichnet.
Zur Definition der zur Beschreibung verwendeten Richtungsangaben
sei davon ausgegangen, dass die in der 1 linke
Kante die Vorderseite (entsprechend der 0°-Position bzw. Beobachtungsposition)
und die rechte Kante die Rückseite des Mikroskops (entsprechend
der 180°-Position) ist. Die zum Betrachter hin gerichtete Seite
sei als rechte, die vom Betrachter abgewandte Seite als linke Seite
des Mikroskops bezeichnet. Rechte und linke Seite des Mikroskops
entsprechen zwei 90°-Positionen. Mittels des dargestellten
Stereomikroskops soll ein Objekt 16beobachtet werden. Bei
dem dargestellten Stereomikroskop handelt es sich insbesondere um
ein ophthalmologisches Mikroskop. Die 0°, 90° und
180° Positionen sind in 5 explizit
gezeigt.
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Das
Stereomikroskop weist als wesentliche optische Komponenten ein Hauptobjektiv 2,
ein Zoom-System 7 und ein Okularsystem auf. Ferner sind
an verschiedenen Auskopplungsstellen als Stereokameras 40a, 40b, 40c, 40d, 40e ausgebildete optoelektronische
Aufnahmeeinrichtungen und diesen jeweils zugeordnete, als Monitore 42a, 42b ausgebildete
Displayeinrichtungen vorgesehen, wie weiter unten im Einzelnen erläutert.
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Zwischen
dem Hauptobjektiv 2 und dem Zoom-System 7 (also
im Sinne der hier verwendeten Terminologie dem Hauptobjektiv nachgeschaltet
und dem Zoomsystem vorgeschaltet) ist ein erstes Umlenkelement 5 vorgesehen.
Hinter dem Zoom-System 7 sind weitere Umlenkelemente 6a, 6b, 6c, 6d, 6e, 9, 10 sowie
optische Zusatzkomponenten 8, 8a vorgesehen, deren
Funktionen weiter unten erläutert werden.
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Mit 3 ist
eine Beleuchtungseinrichtung bezeichnet, welche mittels eines Faserkabels 4 bereitgestelltes
Licht über ein Umlenkelement 3a auf das zu beobachtende
Objekt 16 richtet. Die Hauptachse der Beleuchtungseinrichtung 3 ist
mit 12 bezeichnet.
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Wie
aus 2 ersichtlich, weist das Zoom-System 7 zwei
Assistenten-Beobachtungskanäle bzw. erste und zweite Kanäle 7c, 7d sowie
zwei Hauptoperateur-Beobachtungskanäle bzw. dritte und vierte
Kanäle 7a, 7b auf.
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Das
Hauptobjektiv 2 wird im wesentlichen in vertikaler Richtung
von zwei Assistenten-Beobachtungsstrahlenbüscheln 20c, 20d sowie
zwei Haupt-Beobachtungsstrahlenbüscheln 20a, 20b von durchsetzt,
welche nach entsprechender (rechtwinkeliger) Umlenkung durch das
Umlenkelement 5 in die im wesentlichen horizontal verlaufenden
Haupt- bzw. Assistenten-Beobachtungskanäle 7a, 7b, 7c, 7d des
Zoom-Systems eintreten. In 2 sind entsprechend
die Büschelquerschnitte der Strahlungsbüschel 20a–20d erkennbar.
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Die
zwei Haupt-Beobachtungsstrahlenbüschel 20a, 20b liegen
in der Beobachtungsrichtung der 1 hintereinander,
so dass lediglich eines dieser Büschel darstellbar ist.
Wie aus den 1 und 2 ferner
deutlich wird, liegen die vier Haupt- bzw. Assistenten-Beobachtungsstrahlenbüschel 20a bis 20d symmetrisch
verteilt um die optische Achse 11 des Hauptobjektivs 2.
Vorteilhafterweise kann die gemeinsame Achse der Beobachtungsbüschel 20a bis 20d auch
dezentrisch das Hauptobjektiv durchsetzen. Entsprechendes gilt für
die in 2 eingezeichnete Mittelachse 27 des Zoom-Systems 7,
um welche herum die Beobachtungskanäle 7a bis 7d bzw.
die diese durchstrahlenden Strahlenbüschel 20a bis 20d symmetrisch
angeordnet sind.
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Man
erkennt, dass die Hauptoperateur-Beobachtungskanäle 7a, 7b auf
einer horizontalen Ebene, d. h. auf der Höhe der Mittelachse 27 verlaufen, während
die Assistenten-Beobachtungskanäle 7c, 7d mit
senkrechter Beabstandung zueinander (entsprechend einer vertikalen
Stereobasis beim Durchlaufen des Zoom-Systems) oberhalb bzw. unterhalb der
Mittelachse 27 verlaufen. Durch die dargestellte Anordnung
ist eine sehr dichte Packung der Beobachtungskanäle 7a bis 7d realisiert,
wodurch insgesamt eine kompakte Bauweise des erfindungsgemäßen
Stereomikroskops erreichbar ist.
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Nach
Ihrem Austritt aus dem Zoom-System 7 erfolgt eine weitere
Umlenkung der Beobachtungsstrahlenbüschel 20a bis 20d an
dem weiteren Umlenkelement 6a.
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Mittels
dieses Umlenkelements 6a werden die Beobachtungsstrahlenbüschel 20a bis 20d im Wesentlichen
wieder in die Vertikale gelenkt. Anschließend treffen sie
auf ein weiteres Umlenkelement 6b, mittels dessen eine
erneute Umlenkung in die Horizontale erfolgt, wodurch es, gegebenenfalls nach
einem Durchlaufen der optional vorgesehenen, insgesamt mit 8 bezeichneten
weiteren optischen Komponenten, zu einer Beaufschlagung des Umlenkelements 9 kommt,
dessen Funktion im folgenden erläutert wird. Es sei an
dieser Stelle angemerkt, dass Umlenkelement 6a und/oder
Umlenkelement 6b als optischer Strahlenteiler ausgebildet
sein können, wodurch mit 15 bzw. 18 bezeichnete
Beobachtungsachsen bzw. Mittelachsen für parallel hierzu laufende
Beobachtungsstrahlenbüschel definierbar sind. Zur Definition
der Beobachtungsachse 18 wird hierbei ein weiteres Umlenkelement 6c eingesetzt, wie
in 1 dargestellt ist.
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Die
Beobachtungsachsen 15, 18 können (unter
Verwendung der dritten und vierten Beobachtungsstrahlenbüschel 20a, 20b)
im Rahmen einer 180°-Assistentenbeobachtung genutzt werden,
wobei der vertikale Abstand zwischen Objekt 16 und Beobachtungsachse 18 größer
als derjenige zwischen Objekt 16 und Beobachtungsachse 15 ist.
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Wie
in 1 schematisch an der Beobachtungsachse 15 dargestellt,
beaufschlagen die dritten und vierten Beobachtungsstrahlenbüschel 20a, 20b eine
(zweikanalige) Stereokamera 40a. Die Stereokamera stellt
somit eine Aufnahme mit waagerechter Stereobasis zur Verfügung,
da die Strahlenbüschel 20a, 20b, die
auf gleicher Höhe durch die Beobachtungskanäle 7a, 7b verlaufen,
erfasst werden. Die Stereokamera 40a weist für
jedes Strahlenbüschel 20a, 20b eine Abbildungsoptik 30 sowie
einen Kamerachip 35 auf. Es ist ebenfalls denkbar, beide
Strahlenbüschel mittels eines Kamerachips zu erfassen. Mittels
einer geeigneten, nicht dargestellten Verarbeitungseinrichtung bzw.
Auswerteelektronik kann aus den durch die beiden Kamerachips 35 erfassten Daten
eine stereoskopische Aufnahme erzeugt werden, und beispielsweise
an dem Monitor 42a weitergeleitet werden, welcher eine
Beobachtung des Objektes 16 entsprechend einer 180°-Position
gestattet.
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Bezüglich
der weiteren Beobachtungsachse 18 erkennt man, dass hier
die ersten und zweiten Beobachtungsstrahlenbüschel 20c, 20d einer
weiteren Stereo-Kamera 40b zugeführt werden. Diese
Stereo-Kamera 40b stellt somit mittels entsprechender Optiken 30 bzw.
Kamerachips 35 eine stereoskopische Aufnahme mit senkrecht
verlaufender Stereobasis zur Verfügung. Diese Aufnahme
wird nun erfindungsgemäß einem in einer 90°-Position
vorgesehenen Monitor (Displayeinrichtung) zugeführt (also
90° um eine senkrecht verlaufende Drehachse gedreht). Dieser
Monitor ist in 1 nicht im Einzelnen dargestellt,
befindet sich aber z. B. bezüglich der Darstellung der 1 vor
dem Mikroskopkörper 1, d. h. vor der Zeichenebene.
Gleichzeitig erfolgt eine Drehung der Aufnahme um 90° bezüglich
einer horizontalen Drehachse. Dies wird weiter unten unter Bezugnahme
auf 5 weiter erläutert. Für einen
Beobachter in der 90°-Position, der diesen Monitor verwendet,
ergibt sich ein der Realität entsprechendes Bild (mit horizontaler
Stereobasis) bei Beobachtung aus der 90°-Position.
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Es
sei angemerkt, dass alternativ an der Beobachtungsachse 15 auch
eine Aufnahme mit senkrechter Stereobasis, und an der Beobachtungsachse 18 eine
Aufnahme mit waagerechter Stereobasis bereitstellbar wäre.
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In 5 ist
der Mikroskopkörper 1 zusammen mit der Stereokamera 40b in
einer Ansicht von oben dargestellt. Die Stereokamera weist eine
Recheneinrichtung 41 auf. Ferner ist hier der Monitor erkennbar,
welcher in der 90°-Position ausgebildet und mit 42b bezeichnet
ist. Auf eine Darstellung weiterer Komponenten des Mikroskops ist
aus Gründen der Anschaulichkeit der Darstellung verzichtet.
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In 5 erkennt
man (schematisch dargestellt) die in dieser Perspektive übereinander
verlaufenden Beobachtungsstrahlenbüschel 20c, 20d d.
h., die Strahlenbüschel, welche die beiden Beobachtungskanäle 7c, 7d,
welche die vertikale Stereobasis definieren, durchlaufen. Eine entsprechende
Aufnahme wird von der Stereokamera 40b aufgenommen.
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Bei 42b erkennt
man, dass diese Aufnahme mit vertikaler Stereobasis dem Benutzer
in Form einer Aufnahme bzw. eines Bildes mit waagerechter Stereobasis
(schematisch durch zwei Pfeile angedeutet) an der 90°-Position
bereitgestellt wird.
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Weitere
wesentliche Beobachtungsachsen für den Haupt-Beobachter
bzw. den Assistenten-Beobachter sind gemäß der
dargestellten Ausführungsform mit 14 bzw. 23 bezeichnet,
wie nun weiter erläutert wird.
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Die
mittels des Umlenkelements 6b in die Horizontale umgelenkten
Strahlenbüschel 20a bis 20d treffen,
wie erwähnt, auf das Umlenkelement 9. Umlenkelement 9 ist
derart ausgebildet, dass es lediglich die Strahlenbüschel 20c, 20d umlenkt,
während die Strahlenbüschel 20a, 20b das
Umlenkelement 9 ohne Umlenkung passieren und auf das weitere
Umlenkelement 6d treffen.
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In 3 ist
das Umlenkelement 9 in Auftreffrichtung der Strahlenbüschel 20a bis 20d dargestellt. Die
Querschnitte der Strahlenbüschel 20a–20d treffen
auf entsprechende Bereiche 9a–9d des
Umlenkelements. Zur Umlenkung der Beobachtungsstrahlenbüschel 20c, 20d sind
die Bereiche 9c, 9d des Umlenkelements 9 verspiegelt
ausgebildet, während die Bereiche 9a, 9b durchlässig
bzw. transparent ausgebildet sind, so dass ein ungehinderter Durchtritt der
Beobachtungsstrahlenbüschel 20a, 20b möglich ist.
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Durch
den Einsatz eines derartigen Umlenkelements 9 ist eine
räumliche Trennung der Haupt-Beobachtungsstrahlenbüschel 20a, 20b von den
Assistenten-Beobachtungsstrahlenbüscheln 20c, 20d in
einfacher Weise ohne einen Verlust von Lichtintensität,
welcher beispielsweise bei einem Einsatz halbdurchlässiger
Strahlenteiler nicht zu vermeiden ist, in einfacher Weise baulich
realisiert.
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Wie
bereits erwähnt, treffen die Haupt-Beobachtungsstrahlenbüschel 20a, 20b nach
ihrem Durchtritt durch die Bereiche 9a, 9b des
Umlenkelements 9 auf das weitere Umlenkelement 6d,
mittels dessen eine Umlenkung der horizontal verlaufenden Beobachtungsstrahlenbüschel 20a, 20b vertikal
nach unten durchgeführt wird, wobei die Beobachtungsstrahlenbüschel 20a, 20b anschließend
auf ein weiteres Umlenkelement 6e treffen, welches eine
erneute Umlenkung in die Horizontale bewirkt, wodurch die bereits
erwähnte Beobachtungsachse 14 definiert ist. Die
Beobachtungsachse 14 zeichnet sich durch einen besonders
geringen vertikalen Abstand zu dem zu beobachtenden Objekt 16 aus.
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Ist
hingegen, beispielsweise aus ergonomischen Gründen, ein
größerer vertikaler Abstand zu dem Objekt 16 gewünscht,
kann auf das Umlenkelement 6d verzichtet werden, wodurch
sich die mit 17 bezeichnete Beobachtungsachse ergibt. Alternativ
ist es denkbar, das Umlenkelement 6d halbdurchlässig auszubilden,
wodurch beide genannten Beobachtungspositionen 14 und 17 gleichzeitig
realisierbar sind.
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Für
die Beobachtungsachsen bzw. -positionen 14 und/oder 17 sind
analog zu den Beobachtungsachsen 15, 18 Stereokameras 40d, 40e vorsehbar.
Auf eine Darstellung der optischen Komponenten bzw. der Kamerachips
ist für die Stereokameras 40d, 40e in 1 verzichtet.
Durch Bereitstellung derartiger Stereokameras 40d, 40e sowie
(nicht dargestellter) zugeordneter Display- und/oder Betrachtungseinrichtungen
ist auch eine Video-Darstellung des Operationsfeldes für
einen Hauptbeobachter bzw. – operateur zur Verfügung
gestellt.
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Es
sei angemerkt, dass es auch denkbar ist, dass der Hauptoperateur
ohne Zwischenschaltung einer Stereokamera das Operationsfeld bzw.
das Objekt beobachtet, während für den Assistenten,
wie oben beschrieben, eine Video-Darstellung vorgesehen ist. Bevorzugt
ist jedoch, sowohl für Hauptoperateur als auch für
Assistent eine Video-Darstellung bereitzustellen.
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Durch
entsprechende Ausgestaltung des Umlenkelements 6d kann
also beispielsweise der Hauptbeobachter durch einen (nicht eingezeichneten)
Binokulartubus entweder auf der Höhe der Beobachtungsachse 14 oder 17 in
das Mikroskop einblicken. Dies kann in der Praxis von der ergonomisch notwendigen
bzw. gewünschten Bauhöhe des Mikroskops abhängen.
Gleiches gilt für die weiter oben erwähnten Beobachtungsachsen 15, 18,
welche Varianten für eine assistentische feste 180°-Mitbeobachtung
darstellen.
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Durch
besondere Ausgestaltung der Umlenkelemente 6c, 6d und 6e können
die Achsen 14, 17 und 18 auch von dem
in 1 gezeichneten rechten Winkel zur Achse 11 abweichen,
bzw. sogar variabel sein, wenn die besagten Umlenkelemente kippbar
sind.
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Durch
die Anzahl der Umlenkungen ist darauf zu achten, dass die Ausgestaltung
der Umlenkelemente 6c, 6d, 6e und 10 so
erfolgt, dass stets ein aufrechtes und seitenrichtiges Bild an den
Achsen 14, 17, 18 und 23 vorliegt.
Dies erreicht man beispielsweise mit Dachkanten und/oder Pentaprismen.
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Nach
der Umlenkung in den Bereichen 9c, 9d des Umlenkelements 9 treffen
die ersten und zweiten Beobachtungsstrahlenbüschel 20c, 20d auf ein
weiteres, mit 10 bezeichnetes Umlenkelement. Dieses Umlenkelement 10 kann
insgesamt aus einer Anzahl von Umlenkkomponenten bestehen, welche durch
ein sogenanntes 2α-Getriebe verbunden sind, so dass eine
Umlenkung der Beobachtungsstrahlenbüschel 20c, 20d aus
der in 1 dargestellten Zeichenebene heraus um eine Drehachse 13 realisierbar
ist. Unter einen 2α-Getriebe wird ein Getriebe verstanden,
bei dem eine eingangsseitige Drehung um einen Winkel α eine
Drehung auf einer Ausgangsseite bzw. abführenden Seite
um einen Winkel 2α bewirkt. Der Sachverhalt wird nun unter
Bezugnahme auf 4 weiter erläutert.
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In 4 erkennt
man die an dem Umlenkelement 9 in die Vertikale abgelenkten
Beobachtungsstrahlenbüschel 20c, 20d.
In der Darstellung der 4 weist das Umlenkelement 10 zwei
Umlenkbereiche 10c, 10d auf, mittels derer die
Beobachtungsstrahlenbüschel 20c, 20d beispielsweise
senkrecht aus der Zeichenebene heraus ablenkbar sind. Ein Verschwenken
des Umlenkelements 10 um die Achse 13 ermöglicht
das Umlegen des Assistenteneinblicks von der rechten auf die linke
Seite des Mikroskops um die Achse 13, d. h. über
die obere Fläche des Mikroskopkörpers 1 hinweg.
Bislang wurden nur Drehungen des Assistenteneinblicks um die senkrecht
verlaufende Achse 11 bzw. 31 um die vordere Fläche
eines Mikroskops herum realisiert, wodurch es beispielsweise aufgrund
von weiteren optischen Komponenten, die im Bereich der vorderen
Fläche des Mikroskops vorgesehen waren, zu Behinderungen
kommen konnte, wodurch aufwendige Umbauarbeiten bei einer Änderung
der Assistenten-Einblickposition notwendig waren.
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Anstelle
des dargestellten Umlenkelements 10 kann auch eine mechanische
Schnittstelle vorhanden sein, die den sogenannten 180°-Binokulartubus
aufnimmt, der im Prinzip die gleiche Umlenkung ermöglicht,
allerdings gegebenenfalls eine zu korrigierende Baulänge
aufweist. Es sei angemerkt, dass es sich bei einem 180°-Binokulartubus
um eine stereoskopische Einblickvorrichtung mit Okularen handelt, die
stets oberhalb des Zoom-Systems zum Einsatz kommt. Der 180°-Binokulartubus
dient insbesondere dazu, parallele Strahlengänge in konvergente
Strahlengänge umzuwandeln. Es sollte ferner die Möglichkeit
bestehen, dass in den assistentischen Einblick auch ein separates
Zoom-System sowie gegebenenfalls weitere Umlenkelemente, Umkehrsysteme
zur Bildaufrichtung, Strahlvertauscher wie etwa SDI-Systeme, Filtereinschübe
und/oder Abbildungsoptiken zur ergonomischen Strahlumlenkung eingesetzt
werden können. Bei der dargestellten Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Stereomikroskops ist es ebenfalls
denkbar, eine Verdrehbarkeit des Umlenkelements 10 um die
Achse 31, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist,
zusätzlich oder alternativ zu der oben beschriebenen Drehung
um die Achse 13 vorzusehen.
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Das
Umlenkelement 10 kann auch teil- bzw. halbdurchlässig
ausgebildet werden, so dass die Strahlenbüschel 20c, 20d auf
eine weitere Stereokamera 40c, welche auf der Oberseite
des Mikroskopkörpers 1 angeordnet ist, auftreffen
können. Die Stereokamera 40c ist in gleicher Weise
aufgebaut wie beispielsweise die Stereokamera 40b, und
liefert eine entsprechende stereoskopische Aufnahme auf Basis der
ersten und zweiten Beobachtungsstrahlenbüschel 20c, 20d,
welche einem Beobachter (mittels einem entsprechenden Monitor) in einer
90°-Position als realistisches Bild zur Verfügung
gestellt werden kann.
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Es
sei in diesem Zusammenhang angemerkt, dass auf das Umlenkelement 10 zur
Bereitstellung einer Beaufschlagung der Stereokamera 40c auch
vollständig verzichtet werden kann. Hiermit wäre
auch die Lichtausbeute für die Stereokamera 40c verbessert.
Es sei schließlich darauf hingewiesen, dass Umlenkelement 10 die
Möglichkeit eröffnet, das durch die Beobachtungsstrahlenbüschel 20c, 20d bereitgestellte
stereoskopische Bild, welches zunächst z. B. bei Durchlaufen
des Zoom-Systems 7 eine vertikale Stereobasis definiert,
mit horizontaler Stereobasis zu beobachten. Der Effekt entspricht
somit der oben beschriebenen Bereitstellung der bei Beobachtungsachse 18 bzw.
der 180° Position bereitgestellten Aufnahme mit vertikaler
Stereobasis in der 90° Position.
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Es
sei darauf hingewiesen, dass die für sämtliche
dargestellten Umlenkelemente jeweils beschriebene Umlenkung von
im wesentlichen 90° lediglich beispielhaft gewählt
ist. Je nach Raumverhältnissen sind auch kleinere oder
größere Umlenkwinkel notwendig oder erwünscht,
wobei dies in allen Raumrichtungen realisierbar ist, so dass es
durchaus zu windschiefen Ablenkungen kommen kann.
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Es
ist ferner möglich, in die beschriebenen Strahlengänge
weitere optische Komponenten einzubringen, welche in 1 insgesamt
beispielhaft mit 8a, b, c bezeichnet sind. Die Zusatzkomponenten 8 sind
wahlweise an den bezeichneten Stellen einzusetzen. Derartige Komponenten
können beispielsweise eine Zwischenabbildung oder eine Pupillenverlagerung
bewirken. Es kann sich bei diesen Elementen ebenfalls um Blenden
handeln, welche den Lichtstrom wahlweise in verschiedenen Kombinations möglichkeiten
in den unterschiedlichen Beobachtungskanälen unterbrechen
oder freigeben. Es können hierbei mechanische Blenden oder
Displays mit elektrochromen, ansteuerbaren Schichten verwendet werden.
Durch diese Aufreihung von Komponenten entlang einer horizontalen
Achse kann eine unergonomische, allzu große Bauhöhe,
wie sie bei herkömmlichen ophthalmologischen Stereo-Assistentenmikroskopen
festzustellen ist, wirksam vermieden werden.
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Das
Zoom-System 7 zeichnet sich zweckmäßigerweise
dadurch aus, dass es Vergrößerungen im Bereich 5–10 ermöglicht,
wobei jeder Beobachtungskanal zweckmäßigerweise
aus mindestens drei optischen Gruppen, von denen mindestens eine
Gruppe feststeht, besteht. Ferner sollten die Beobachtungskanäle
parallel zueinander ausgerichtet sein.
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Das
Hauptobjektiv 2 ist in der Darstellung der 1 als
symmetrisch zu seiner Achse 11 dargestellt. Es ist ebenfalls
möglich, das Hauptobjektiv dezentriert hierzu anzuordnen.
Die optische Korrektur dieses Objektivs ist vorteilhafterweise achromatisch oder
apochromatisch unter spezieller Berücksichtigung des sekundären
Spektrums.
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Die
in den 2 und 3 dargestellten Büschelquerschnitte
(Pupillen) können unterschiedliche Durchmesser aufweisen
und zueinander eine beliebige Lage aufweisen. Die Abstände
zwischen den Mittelpunkten der Büschel 20a, 20b und 20c, 20d werden
typischerweise als Stereobasis bezeichnet, und weisen einen Wert
zwischen 20 mm und 30 mm auf. Im Falle des Auftretens von Hindernissen, beispielsweise
des Umlenkelements 9, welches einen Teil der Beobachtungsstrahlenbüschel
ungehindert passieren lassen soll, können durch weitere
Umlenkelemente in den Strahlachsen größere Beabstandungen zwischen
den einzelnen Beobachtungsstrahlenbüscheln notwendig werden,
die nach ”Umgehen” des Hindernisses wieder zusammengeführt
und reduziert werden können.
-
Unter
Bezugnahme insbesondere auf 1 wird deutlich,
dass die Strahlenbüschel 20a, 20b (auf der
vertikalen Strecke) zwischen dem Objekt 16 und dem ersten
Umlenkelement 5 die gleiche Laufstrecke zurückzulegen
haben, da sie das Umlenkelement 5 auf gleicher Höhe
beaufschlagen. Hingegen ist die entsprechend durch die Strahlenbüschel 20c, 20d zurückzulegende
Strecke zwischen Objekt und erstem Umlenkelement aufgrund der verschieden
hohen vertikalen Beaufschlagungspunkte auf dem Umlenkelement 5 unterschiedlich,
so dass im Verlauf des weiteren Strahlengangs durch das Mikroskop
ein entsprechender Ausgleich durchgeführt werden muß. Erfindungsgemäß wird
ein derartiger Ausgleich durch eine entsprechende Anzahl bzw. Ausrichtung
von weiteren Umlenkelementen, im vorliegenden Beispiel 6a, 6b und
6c realisiert, so dass bei Erreichen der Beobachtungsachse 23 ein
entsprechender Streckenausgleich stattgefunden hat.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Mikroskopkörper
- 2
- Hauptobjektiv
- 3
- Beleuchtungseinrichtung
- 3a
- Umlenkelement
- 4
- Faserkabel
- 5
- Umlenkelement
- 6a,
6b, 6c, 6d, 6e
- Umlenkelemente
- 7
- Zoom-System
- 7a,
7b
- Haupt-Beobachtungskanäle
- 7c,
7d
- Assistenten-Beobachtungskanäle
- 8a,
b, c
- Zusatzkomponenten, wahlweise
z. B. Filter, Laser-Shutter, SDI, optische Teiler, Dateneinspiegelungen
- 9
- Umlenkelement
für Assistentenstrahlengang
- 9a,
9b, 9c, 9d
- Durchlass-
bzw. Umlenkbereiche des Umlenkelements 9
- 10
- Umlenkelement
für Verschwenkung des Assistentenstrahlengangs
- 10c,
10d
- Umlenkbereiche
des Umlenkelements 10
- 11
- Symmetrieachse
des Hauptobjektivs
- 12
- Achse
der Beleuchtungseinrichtung
- 13
- Drehachse
Umlenkelement 10
- 14
- Beobachtungsachse
- 15
- Beobachtungsachse
- 16
- Objekt
- 17
- Beobachtungsachse
- 18
- Beobachtungsachse
- 20a,
20b 20c, 20d
- Haupt-Beobachtungsstrahlenbüschel
- 21
- Assistenten-Beobachtungsstrahlenbüschel
- 23
- Assistenten-Beobachtungsachse
- 27
- Mittelachse
Zoomsystem
- 30
- Optik
- 31
- Achse
- 35
- Kamerachip
- 40a,
40b, 40c, 40d, 40e
- optoelektronische
Aufnahmeeinrichtung (Stereokamera)
- 41
- Recheneinrichtung
- 42a,
42b
- Displayeinrichtung
(Monitor)
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- - US 5867210 [0004]
- - DE 4321934 C2 [0005]
- - US 5067804 [0006]
- - EP 1887403 A1 [0009]
