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Die vorliegende Anmeldung betrifft ein Operationsmikroskop, das eine sehr große Variation des Arbeitsabstandes erlaubt.
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Operationsmikroskope sind optische Auflichtmikroskope, die während medizinischer Eingriffe verwendet werden und eine Abbildungsvergrößerung von üblicherweise zwischen 5-fach und 30-fach bereitstellen. Verglichen mit anderen optischen Auflichtmikroskopen weisen Operationsmikroskope eine vergrößerte Brennweite des verwendeten Objektivsystems von typischerweise zwischen 175 mm und 550 mm und einen entsprechend großen Arbeitsabstand (Abstand zwischen dem Linsenscheitel der einem mit dem Operationsmikroskop abzubildenden Objekt am nächsten angeordneten Objektivlinse und dem Objekt) von typischerweise zwischen 200 mm und 500 mm auf. Um einem Benutzer einen räumlichen Eindruck des abzubildenden Objekts zu vermitteln, sind Operationsmikroskope häufig als Stereomikroskop ausgebildet, bei welchem den Augen des Benutzers ein Paar von Abbildungsstrahlengängen bereitgestellt wird, welche Abbildungsstrahlengänge sich in der Nähe einer Fokusebene des Operationsmikroskops unter Einschluss eines Stereowinkels von zwischen 3° und 14° schneiden. Das Gesichtsfeld von Operationsmikroskopen, d. h. die Fläche in der Fokusebene, welche von dem wenigstens einen Abbildungsstrahlengang zu einem bestimmten Zeitpunkt auf die Netzhaut eines Benutzers abgebildet werden kann, ist typischerweise größer als 1 mm2. Das Gesichtsfeld eines Operationsmikroskops umfasst somit nicht nur einen einzigen Bildpunkt, wie es bei Scanmikroskopen der Fall ist; vielmehr findet zu jedem Zeitpunkt eine mehrdimensionale (zwei- oder dreidimensionale) Abbildung des betrachteten Objekts durch das Operationsmikroskop statt. Häufig sind Operationsmikroskope mit einem Zoomsystem oder Vergrößerungswechsler zur Veränderung der Abbildungsvergrößerung und einem Fokussiersystem zur Änderung des Arbeitsabstandes ausgestattet. Häufige Einsatzgebiete sind die Chirurgie und Mikrochirurgie.
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In Operationsmikroskopen wird die Abbildung des mittels des Operationsmikroskops abgebildeten Objekts einem Benutzer wahlweise über ein Okular (bzw. bei stereoskopischen Operationsmikroskopen über ein Paar von Okularen) bereitgestellt, oder die Abbildung wird mittels eines Bildwandlers (bzw. bei stereoskopischen Operationsmikroskopen mittels eines Stereobildwandlers oder eines Paars von Bildwandlern) in elektrische Signale umgesetzt und dem Benutzer zusätzlich oder alternativ zu Okularen über einen Monitor und/oder ein Head-Mounted-Display angezeigt.
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Getragen werden Operationsmikroskope häufig von Stativen, die am Boden oder an der Decke eines Behandlungssaals befestigt oder frei am Boden des Behandlungssaals positionierbar sind. Das Stativ kann manuell über Motoren verstellbar sein, und ermöglicht eine gewünschte Anordnung und Orientierung des Operationsmikroskops über dem abzubildenden Objekt.
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Zusätzlich zu Operationsmikroskopen werden während medizinischer Eingriffe häufig auch monoskopische Übersichtkameras verwendet, die bei einem Arbeitsabstand von typischerweise größer 1.000 mm keine oder nur eine geringe Abbildungsvergrößerung aufweisen. Das gleichzeitige Vorsehen einer Übersichtskamera zusätzlich zu einem Operationsmikroskop erhöht die Komplexität, da zwei unterschiedliche Geräte bedient werden müssen, und die Kosten, da zwei unterschiedliche Geräte beschafft und gewartet werden müssen.
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Aus der deutschen Patentschrift
DE 195 23 712 C2 ist ein Stereomikroskop mit einem Frontobjektiv und einem nachgeschalteten Zoomlinsensystem bekannt, wobei das Frontobjektiv aus zwei Linsen besteht, von denen die objektzugewandte Linse feststeht und die objektabgewandte Linse zwecks Änderung der Brennweite des Frontobjektivs längs der optischen Achse verschiebbar ist. Dabei wird als objektzugewandte feststehende Linse eine einzelne konkave Linse verwendet.
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Aus der deutschen Patentschrift
DE 29 27 478 C2 ist ein Varioobjektiv mit einer negativen und einer positiven Linsengruppe bekannt, deren gegenseitiger Abstand zur Brennweitenänderung variabel ist. Dabei bestehen die negative Linsengruppe und die positive Linsengruppe aus jeweils fünf Linsen.
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Trotz des gegenüber herkömmlichen Auflichtmikroskopen vergrößerten Arbeitsabstandes ist die bei bekannten Operationsmikroskopen erreichbare Bandbreite des Arbeitsabstandes ungenügend.
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Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Operationsmikroskop bereitzustellen, welches eine sehr große Variation des Arbeitsabstandes und insbesondere eines verglichen mit bekannten Operationsmikroskopen vergrößerten Arbeitsabstand erlaubt.
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Die vorstehende Aufgabe wird durch die Kombination der Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen finden sich in den Unteransprüchen.
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Ausführungsformen eines Operationsmikroskops weisen ein Abbildungssystem mit einem Objektivsystem auf, welches ein in einer Fokusebene des Abbildungssystems angeordnetes (in der Regel dreidimensionales) Objekt entlang wenigstens eines Abbildungsstrahlengangs vergrößert in ein mehrdimensionales (insbesondere zwei- oder dreidimensionales) Abbild des Objekts abbildet.
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Das Objektivsystem umfasst mindestens zwei Linsengruppen, die von dem wenigstens einen Abbildungsstrahlengang nacheinander durchsetzt werden, und die Fokusebene des Abbildungssystems festlegen. Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Objektivsystem genau zwei Linsengruppen.
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Gemäß einer Ausführungsform wird unter einer Linsengruppe eine Teilmenge der in dem Operationsmikroskop angeordneten optischen Linsen verstanden, die sich durch folgende gleichzeitig erfüllte Merkmale auszeichnet:
- – Die optischen Linsen der Teilmenge werden von dem selben wenigstens einen Abbildungsstrahlengang nacheinander durchsetzt. In der Folge sind zwischen den optischen Linsen einer Linsengruppe entlang des selben wenigstens einen Abbildungsstrahlengangs keine optischen Linsen vorhanden, die einer anderen Linsengruppe oder keiner Linsengruppe angehören.
- – Die optischen Linsen der Teilmenge sind relativ zueinander ortsfest, d. h. die Abstände zwischen benachbarten optischen Linsen aller optischen Linsen einer Linsengruppe sind konstant. Dies schließt jedoch nicht aus, dass alle optischen Linsen dieser Linsengruppe relativ zu einer optischen Linse oder Linsengruppe verlagert werden, die dieser Linsengruppe nicht angehört bzw. von der betrachteten Linsengruppe verschieden ist.
- – Zwischen optischen Linsen der Teilmenge findet keine Abbildung der Fokusebene nach Unendlich statt. D. h. eine Linsengruppe kann keine afokale Schnittstelle umfassen, sondern beginnt ggf. nach einer afokalen Schnittstelle bzw. endet ggf. vor einer afokalen Schnittstelle.
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Wenigstens eine Linsengruppe des Objektivsystems ist entlang ihrer optischen Achse relativ zu wenigstens einer anderen Linsengruppe des Objektivsystems verlagerbar. Die erste Linsengruppe des Objektivsystems, die der Fokusebene entlang des wenigstens einen Abbildungsstrahlengangs unmittelbar benachbart ist, besteht aus mindestens drei optischen Linsen und weist insgesamt eine negative Brechkraft (Kehrwert der Brennweite) auf.
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Dabei schließt der Begriff ”unmittelbar benachbart” ausdrücklich nicht aus, dass zwischen der Fokusebene und dem Objektivsystem zusätzliche optische Elemente angeordnet sein können, die keine oder nur eine sehr geringe Brechkraft aufweisen. Dabei werden unter optischen Elementen mit sehr geringer Brechkraft optische Elemente verstanden, deren Brechkraft dem Betrag nach 10% und insbesondere 5% und weiter insbesondere 3% der gesamten Brechkraft des Operationsmikroskops nicht übersteigt. Somit sollen optische Elemente ohne oder mit sehr geringer Brechkraft wie z. B. Abdeckscheiben oder plane Filter bei Prüfung des Merkmals ”unmittelbar benachbart” unberücksichtigt bleiben. Dies bedeutet, dass zwischen der ersten Linsengruppe und der Fokusebene keine weiteren optischen Linsen oder Linsengruppen angeordnet sind.
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Der Aufbau des Objektivsystems aus zwei Linsengruppen, von denen eine Linsengruppe aus wenigstens drei Linsen besteht und insgesamt eine negative Brechkraft aufweist, erlaubt es, den Arbeitsabstand in einem Bereich zu variieren, der über den bei Operationsmikroskopen üblichen Bereich hinausgeht.
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Gemäß einer Ausführungsform weist das Objektivsystem eine einstellbare Brennweite von zwischen 150 mm und unendlich und insbesondere von zwischen 200 mm und 1.200 mm und weiter insbesondere von zwischen 300 mm und 600 mm auf.
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Gemäß einer Ausführungsform weist das Objektivsystem einen einstellbaren Arbeitsabstand von zwischen 200 mm und 5.000 mm auf.
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Das Abbildungssystem kann neben dem Objektivsystem eine oder mehrere weitere optische Linsen umfassen, welche nacheinander von dem wenigstens einen Abbildungsstrahlengang durchsetzt werden. Das Objektivsystem ist dem abgebildeten Objekt entlang des wenigstens einen Abbildungsstrahlengangs am nächsten angeordnet. Dies bedeutet, dass das Objektivsystem zwischen anderen optischen Linsen des Abbildungssystems und der Fokusebene angeordnet ist. Die optischen Linsen einschließlich der optischen Linsen des Objektivsystems können einfache Linsenelemente und/oder Kittglieder sein. Zusätzlich kann das Abbildungssystem eine oder mehrere optische Spiegelflächen umfassen, welche den wenigstens einen Abbildungsstrahlengang nacheinander falten.
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Erfindungsgemäß weist die Brennweite der ersten Linsengruppe des Objektivsystems dem Betrage nach insgesamt höchstens 35% und insbesondere höchstens 25% und weiter insbesondere höchstens 20% der minimalen Brennweite des Objektivsystems auf. Gemäß einer Ausführungsform weist die Brennweite der ersten Linsengruppe des Objektivsystems dem Betrage nach gleichzeitig wenigstens 10% und insbesondere wenigstens 15% der minimalen Brennweite des Objektivsystems auf.
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Damit kommt der ersten Linsengruppe des Objektivsystems dem Betrage nach verglichen mit bekannten Objektivsystemen von Operationsmikroskopen ein ungewöhnlich großer Anteil an der Brechkraft zu, zumal die erste Linsengruppe insgesamt ja negative Brechkraft aufweist.
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Gemäß einer Ausführungsform weisen die einzelnen optischen Linsen der ersten Linsengruppe des Objektivsystems jeweils dem Betrage nach Brennweiten zwischen 80% und 300% und insbesondere jeweils zwischen 95% und 200% der Brennweite der ersten Linsengruppe des Objektivsystems auf.
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Somit ist die Brechkraft innerhalb der ersten Linsengruppe relativ gleichmäßig auf die optischen Linsen der ersten Linsengruppe verteilt.
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Gemäß einer Ausführungsform beträgt der Quotient der Brennweite der ersten Linsengruppe des Objektivsystems zur Brennweite der zweiten Linsengruppe des Objektivsystems dem Betrag nach zwischen 0,75 und 1,00 und insbesondere zwischen 0,80 und 0,90 und weiter insbesondere zwischen 0,82 und 0,88.
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Gemäß einer Ausführungsform besteht die erste Linsengruppe des Objektivsystems aus genau drei optischen Linsen, von denen zwei optische Linsen insbesondere durch Verkleben dauerhaft miteinander zu einem Kittglied verbunden sind und die dritte optische Linse ein von dem Kittglied separates Linsenelement ist. Dabei bestehen die dauerhaft miteinander verbundenen Linsen aus Materialien mit unterschiedlichem Brechungsindex. Dann kann das Kittglied wahlweise zwischen der Fokusebene und dem separaten Linsenelement angeordnet sein, oder das separate Linsenelement ist zwischen der Fokusebene und dem Kittglied angeordnet.
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Gemäß einer Ausführungsform weist die der ersten Linsengruppe entlang des wenigstens einen Abbildungsstrahlengangs unmittelbar benachbarte zweite Linsengruppe des Objektivsystems insgesamt eine positive Brechkraft auf.
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Gemäß einer Ausführungsform besteht die zweite Linsengruppe des Objektivsystems aus genau drei optischen Linsen, von denen zwei optische Linsen insbesondere durch Verkleben miteinander dauerhaft zu einem Kittglied verbunden sind und die dritte optische Linse ein von dem Kittglied separates Linsenelement ist. Dabei bestehen die dauerhaft miteinander verbundenen Linsen aus Materialien mit unterschiedlichem Brechungsindex. Dann kann das Kittglied wahlweise zwischen der Fokusebene und dem separaten Linsenelement angeordnet sein, oder das separate Linsenelement ist zwischen der Fokusebene und dem Kittglied angeordnet.
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Gemäß einer Ausführungsform werden die optischen Linsen jeder Linsengruppe von dem selben wenigstens einen Abbildungsstrahlengang nacheinander durchsetzt, und sind die optischen Linsen jeder Linsengruppe jeweils relativ zu anderen Linsen der selben Linsengruppe ortsfest.
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Gemäß einer Ausführungsform findet innerhalb einer Linsengruppe keine Abbildung der Fokusebene nach Unendlich statt.
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Gemäß einer Ausführungsform bewirkt das Objektivsystem insgesamt eine Abbildung des in der Fokusebene des Abbildungssystems anordenbaren Objektes nach Unendlich. Dies erlaubt einen modularen Aufbau des Operationsmikroskops.
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Gemäß einer Ausführungsform erfolgt innerhalb des Objektivsystems keine Abbildung des in der Fokusebene des Abbildungssystems anordenbaren Objektes nach Unendlich.
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Gemäß einer Ausführungsform stellt das Abbildungssystem wenigstens ein Paar von Abbildungsstrahlengängen bereit, welche sich in der Fokusebene des Abbildungssystems unter Einschluss eines Stereowinkels α von zwischen 3° und 14° schneiden und das in der Fokusebene des Abbildungssystems angeordnete Objekt jeweils vergrößert in ein mehrdimensionales Abbild des Objekts abbilden; auf diese Weise kann insgesamt eine dreidimensionale Abbildung des Objektes gewonnen werden. Dabei werden die optischen Linsen des Objektivsystems von dem wenigstens einen Paar von Abbildungsstrahlengängen gemeinsam durchsetzt. Die Abbildungsstrahlengänge des wenigstens einen Paars von Abbildungsstrahlengängen können sich in den optischen Linsen des Objektivsystems teilweise überlappen oder auch nicht überlappen. Insbesondere können Hauptstrahlen der Abbildungsstrahlengänge von den optischen Achsen der von ihnen durchsetzten optischen Linsen des Objektivsystems paarweise gleich weit beabstandet sein.
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Gemäß einer Ausführungsform weist das Operationsmikroskop weiter ein Zoomsystem mit mehreren optischen Linsen auf, wobei die optischen Linsen des Zoomsystems nacheinander von nur einem Abbildungsstrahlengang des wenigstens einen Paars von Abbildungsstrahlengängen durchsetzt werden.
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Gemäß einer Ausführungsform weist das Operationsmikroskop weiter für jeden Abbildungsstrahlengang des wenigstens einen Paars von Abbildungsstrahlengängen eine variable Aperturblende auf.
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Gemäß einer Ausführungsform weist das Operationsmikroskop weiter wenigstens einen Bildsensor auf, welcher in einer Bildebene des Abbildungssystems angeordnet ist und Bilddaten ausgibt, welche das von dem Abbildungssystem erzeugte Abbild des Objekts repräsentieren. Der Bildsensor kann zusätzlich oder alternativ zu Okularen vorgesehen sein. Weist das Operationsmikroskop keine Okulare auf, spricht man von einem ”digitalen Operationsmikroskop”; bei diesem ist die Anordnung und Lage des Operationsmikroskops bei der Bilderzeugung von der Anordnung und Lage der Bilddarstellung vollständig entkoppelt.
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Die von dem wenigstens einen Bildsensor ausgegebenen Bilddaten können in Form eines elektrischen (und ggf. digitalen) Signals vorliegen, das eine – insbesondere auch farbgetreue – Rekonstruktion des von dem Abbildungssystem erzeugten Abbilds des Objekts erlaubt. Dies bedeutet, dass das von dem Bildsensor ausgegebene Signal einen Informationsgehalt aufweist, der dem Informationsgehalt des von dem Abbildungssystem erzeugten Abbilds des Objekts so weitgehend entspricht, dass eine Darstellung des Abbilds auf einer Anzeige basierend auf dem Signal möglich ist. Bei dem wenigstens einen Bildsensor kann es sich beispielsweise um einen Siliziumsensor und insbesondere um einen CCD-Sensor (wahlweise mit vorgeschaltetem Filterrad oder aber farbsensitiven Sensoren) oder einen auf der CMOS-Technologie basierenden Active Pixel Sensor handeln. Gemäß einer Ausführungsform weist eine lichtempfindliche Sensorfläche des Bildsensors eine Fläche von wenigstens 100 × 100 Bildpunkten und insbesondere von wenigstens 320 × 240 Bildpunkten auf.
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Wird ein Bildssensor verwendet, kann das Operationsmikroskop weiter wenigstens eine Anzeige (beispielsweise ein Monitor, ein Digitalprojektor oder ein Head-Mounted-Display) aufweisen, welche das von dem Bildsensor gewonnene Bild wiedergibt.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuerung ausgebildet, das Objektivsystem des Abbildungssystems automatisch so zu steuern, dass das abgebildete Objekt kontinuierlich in der Fokusebene des Abbildungssystems liegt. In der Folge erzeugt das Abbildungssystem auch während der Änderung der Abbildungsvergrößerung ein scharfes Abbild des abgebildeten Objekts. Eine derartige Funktionalität wird auch als Autofokus bezeichnet.
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Gemäß einer Ausführungsform weist das Operationsmikroskop weiter eine Strahlungsquelle auf, welche einen Beleuchtungsstrahlengang bereitstellt, der die Linsengruppen des Objektivsystems entlang der optischen Achsen der Linsengruppen durchdringt.
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Gemäß einer Ausführungsform wird das Operationsmikroskop von einem Stativ getragen. Das Stativ kann ortsfest an einer Wand, einem Boden oder einer Decke befestigt oder beispielsweise über Rollen verlagerbar sein.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das Operationsmikroskop ein digitales Operationsmikroskop, dessen Abbildungssystem keine Okulare aufweist.
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Es wird betont, dass die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beliebig miteinander kombiniert werden können.
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Die in dieser Beschreibung und den Ansprüchen zur Aufzählung von Merkmalen verwendeten Begriffe ”umfassen”, ”aufweisen”, ”beinhalten”, ”enthalten” und ”mit”, sowie deren grammatikalische Abwandlungen, sind generell als nichtabschließende Aufzählung von Merkmalen, wie z. B. Verfahrensschritten, Einrichtungen, Bereichen, Größen und dergleichen aufzufassen, und schließen in keiner Weise das Vorhandensein anderer oder zusätzlicher Merkmale oder Gruppierungen von anderen oder zusätzlichen Merkmalen aus.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Ansprüchen sowie den Figuren. In den Figuren werden gleiche bzw. ähnliche Elemente mit gleichen bzw. ähnlichen Bezugszeichen bezeichnet. Die Erfindung ist nicht auf die Ausführungsformen der beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern wird durch den Umfang der Patentansprüche bestimmt. Insbesondere können die einzelnen Merkmale bei erfindungsgemäßen Ausführungsformen in anderer Anzahl und Kombination als bei den untenstehend angeführten Beispielen verwirklicht sein. Bei der nachfolgenden Erläuterung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung wird auf die beiliegenden Figuren Bezug genommen, von denen zeigt
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1 schematisch eine Einsatzsituation eines Operationsmikroskops gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
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2 schematisch im Querschnitt den Aufbau des Operationsmikroskops aus 1; und
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3 schematisch vergrößert die optischen Linsen des Objektivsystems des Operationsmikroskops aus 2.
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In 1 ist schematisch ein Operationsmikroskop 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung gezeigt, welches beispielhaft im Rahmen eines chirurgischen Eingriffes verwendet wird.
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Das Operationsmikroskop 1 wird von einem über (nicht gezeigte) Rollen verlagerbaren Bodenstativ 12 getragen und kann durch einen Benutzer manuell unter Verwendung des Stativs so verlagert werden, dass eine optische Achse A eines (in 2 gezeigten) Objektivsystems auf einen abzubildenden Operationsbereich 3 ausgerichtet ist. Das von dem Operationsmikroskop 1 erzeugte vergrößerte Abbild des Operationsbereichs 3 wird über (nicht gezeigte) Leitungen and drei Monitore 11, 11' und 11'' und über eine Luftschnittstelle an ein Head-Mounted-Display 11''' eines Benutzers ausgegeben.
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Wie schematisch in 2 gezeigt, handelt es sich bei dem Operationsmikroskop 1 aus 1 um ein Stereomikroskop mit einem Abbildungssystem 2, welches zwei Abbildungsstrahlengänge 2a, 2b bereitstellt, die sich in einer Fokusebene 4 des Abbildungssystems 2 des Operationsmikroskops 1 unter Einschluss eines Stereowinkels α schneiden. Die Größe des Stereowinkels α hängt von dem jeweils verwendeten Arbeitsabstand ab und liegt bei dem gezeigten digitalen Operationsmikroskop zwischen 6° und 10°.
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Es wird betont, dass der Verlauf der in 2 gezeigten Hauptstrahlen der Abbildungsstrahlengänge 2a, 2b nur schematisch ist, und die Brechungswirkung der Linsen nur unvollständig wiedergibt.
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Das Abbildungssystem 2 setzt sich in der gezeigten Ausführungsform aus einem zweigliedrigen Objektivsystem 5 und einem viergliedrigen Zoomsystem 8 zusammen. Es wird betont, dass die vorliegende Erfindung nicht auf zweigliedrige Objektivsysteme oder viergliedrige Zoomsysteme beschränkt ist, sondern allgemein mehrgliedrige Systeme verwenden kann.
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Das Objektivsystem 5 weist zwei nacheinander gemeinsam von beiden stereoskopischen Abbildungsstrahlengängen 2a, 2b durchsetzte Linsengruppen 6, 7 auf, welche den Operationsbereich 3 insgesamt nach unendlich abbilden. Somit ist zwischen dem Objektivsystem 5 und dem Zoomsystem 8 eine afokale Schnittstelle vorgesehen.
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Die dem abzubildenden Operationsbereich 3 entlang der stereoskopischen Abbildungsstrahlengänge 2a, 2b am nächsten angeordnete Linsengruppe 6 weist insgesamt eine negative Brechkraft auf und besteht aus drei mit festem Abstand relativ zueinander angeordneten optischen Linsen 61, 62, 63. Die beiden dem betrachteten Operationsbereich 3 am nächsten angeordneten optischen Linsen 61, 62 der ersten Linsengruppe 5 bestehen aus Materialien mit unterschiedlichen Brechungsindizes und sind zur Bildung eines Kittgliedes dauerhaft flächig miteinander verklebt. Die verbleibende dritte Linse 63 der ersten Linsengruppe 5 ist ein einfaches Linsenelement, das mit einem festen Abstand zum Kittglied der ersten Linsengruppe 5 angeordnet ist. In der gezeigten Ausführungsform weist die optische Linse 61 dem Betrage nach eine Brennweite von 146%, die optischen Linse 62 dem Betrage nach eine Brennweite von 98% und die optische Linse 63 dem Betrage nach eine Brennweite von 157% der Brennweite der ersten Linsengruppe 6 des Objektivsystems 5 auf.
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Es wird betont, dass die vorliegende Erfindung nicht auf ein Objektivsystem mit einer ersten Linsengruppe beschränkt ist, bei welcher das Kittglied zwischen einem einfachen Linsenelement und der Fokusebene angeordnet ist. Beispielsweise kann das einzelne Linsenelement alternativ auch zwischen dem Kittglied und der Fokusebene angeordnet sein.
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Die andere zweite Linsengruppe 7 weist insgesamt eine positive Brechkraft auf und besteht ebenfalls aus drei mit festem Abstand relativ zueinander angeordneten optischen Linsen 71, 72, 73. Die beiden dem betrachteten Operationsbereich 3 am nächsten angeordneten optischen Linsen 71, 72 der zweiten Linsengruppe 7 bestehen aus Materialien mit unterschiedlichen Brechungsindizes und sind zur Bildung eines Kittgliedes dauerhaft flächig miteinander verklebt. Die verbleibende dritte Linse 73 der zweiten Linsengruppe 7 ist ein einfaches Linsenelement, das mit einem festen Abstand zum Kittglied der zweiten Linsengruppe 7 angeordnet ist.
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In der gezeigten Ausführungsform fallen die optischen Achsen A aller optischen Linsen 61, 62, 63, 71, 72, 73 der ersten und zweiten Linsengruppe 6, 7 zusammen.
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In der gezeigten Ausführungsform verhält sich der Betrag der Brennweite der ersten Linsengruppe 6 zum Betrag der Brennweite der zweiten Linsengruppe 7 wie 0,85:1. Dem Betrage nach weist die Brennweite der ersten Linsengruppe 6 insgesamt 23% der Brennweite des Objektivsystems 5 auf.
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Die erste Linsengruppe 6 ist entlang der optischen Achse A zwischen der Fokusebene 4 des Abbildungssystems 2 und der zweiten Linsengruppe 7 angeordnet. Die zweite Linsengruppe 7 ist mittels eines Aktors 70 entlang der optischen Achse A relativ zur ersten Linsengruppe 6 verlagerbar, um einen Arbeitsabstand des Operationsmikroskops 1 zwischen 200 mm und 5.000 mm einzustellen. Hierfür ist der Aktor 70 mit einer Steuerung 10 verbunden.
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Die Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt, dass die zweite Linsengruppe des Objektivsystems entlang der optischen Achse relativ zur ersten Linsengruppe des Objektivsystems verlagerbar ist. Alternativ kann auch die erste, entlang der optischen Achse zwischen der Fokusebene des Abbildungssystems und der zweiten Linsengruppe angeordnete Linsengruppe entlang der optischen Achse relativ zur zweiten Linsengruppe verlagerbar sein, um den Arbeitsabstand des Operationsmikroskops einzustellen.
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Die beiden Linsengruppen 6, 7 des Objektivsystems 5 bilden die Fokusebene 4 insgesamt nach Unendlich ab.
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Zwischen dem Objektivsystem 5 und dem Zoomsystem 8 weist jeder Abbildungsstrahlengang 2a, 2b jeweils eine variable Aperturblende 13, 13' auf, um ein Einstellung der Helligkeit und Tiefenschärfe zu ermöglichen.
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Die vier Glieder des Zoomsystems 8 sind jeweils aus zwei flächig miteinander verklebten optischen Linsen von acht optischen Linsen 81 und 82, 83 und 84, 85 und 86, 87 und 88, 81' und 82', 83' und 84', 85' und 86, 87' und 88' des Zoomsystems 10 aus Materialien mit unterschiedlichen Brechungsindizes gebildete Kittglieder, die nacheinander jeweils nur von einem der beiden stereoskopischen Abbildungsstrahlengänge 2a, 2b durchsetzt werden. Die Linsen 83, 84 bzw. 83', 84' und 85, 86 bzw. 85', 86' der beiden mittleren Glieder sind jeweils mittels eines Antriebs 80, 80' zur Änderung einer Abbildungsvergrößerung von zwischen 8-fach und 20-fach relativ zu den Linsen 81, 82 bzw. 81', 82' und 87, 88 bzw. 87' und 88' verlagerbar.
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Das Abbildungssystem 2 bildet den Operationsbereich 3 entlang der Abbildungsstrahlengänge 2, 2b vergrößert auf die Empfangsflächen 91, 91' zweier CCD-Sensoren 9, 9' ab. Die von den Empfangsflächen 91, 91' empfangenen Abbilder des Operationsbereichs 3 bilden den Operationsbereich 3 unter zwei geringfügig unterschiedlichen Winkeln ab. In der gezeigten Ausführungsform weisen die Empfangsflächen 91, 91' jeweils eine Bayer-Matrix auf, welche eine Auflösung von 1280 × 1024 Bildpunkten bereitstellt. Anhand von elektrischen Signalen, die von den Empfangsflächen 91, 91' ausgegeben werden, erstellen die CCD-Sensoren 9, 9' zweidimensionale digitale Einzelbilder des von dem Abbildungssystem 2 abgebildeten Operationsbereichs 3, und geben diese über die Steuerung 10 an die wenigstens eine Anzeige 11 aus. Auch wenn in 1 insgesamt vier Anzeigen 11, 11', 11'' und 11''' gezeigt sind, ist in 2 der besseren Übersichtlichkeit halber nur die Anzeige 11 dargestellt. Da die CCD-Sensoren 9, 9' zwei Bilder ausgeben, die zueinander stereoskopisch sind, wird vorliegend ein 3D-Monitor als Anzeige 11 verwendet.
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Die Steuerung 10, bei welcher es sich um einen programmtechnisch eingerichteten Mikroprozessor handelt, ist über gestrichelt gezeichnete Datenleitungen mit den CCD-Sensoren 9, 9', den Antrieben 80, 80' des Zoomsystems 8, dem Antrieb 70 des Objektivsystems 5, den variablen Aperturblenden 13, 13' sowie der wenigstens einen Anzeige 11 verbunden. Die Datenleitung zwischen Steuerung 10 und den Aperturblenden 13, 13' ist der besseren Übersichtlichkeit wegen in 2 nicht gezeigt.
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Über eine Lichtquelle 12, welche entlang der optischen Achse des Objektivsystems 5 angeordnet ist, wird eine Null-Grad-Beleuchtung der Fokusebene 4 erreicht. Da die von der Lichtquelle 12 emittierte Strahlung durch die Linsen des Objektivsystems 5 geführt wird, passt sich die Größe des beleuchteten Abschnitts der Fokusebene 4 automatisch der Größe des mittels des Operationsmikroskops 1 gerade abgebildeten Abschnitts der Fokusebene 4 an.
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Die Steuerung 10 steuert den Antrieb 70 des Objektivsystems 5 kontinuierlich so, dass der abgebildete Operationsbereich 3 immer in der Fokusebene 4 des Abbildungssystems 2 liegt, und das Abbildungssystem 2 immer ein scharfes Abbild des abgebildeten Operationsbereichs 3 bereitstellt. Weiter stellt die Steuerung 7 durch automatische Bildumkehr und/oder Drehung der Einzelbilder sicher, dass der abgebildete Operationsbereich 3 lagerichtig auf der wenigstens einen Anzeige 11 dargestellt wird.
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Durch Variation des Arbeitsabstandes AA zwischen 200 mm und 1.200 mm kann das Operationsmikroskop so wahlweise als Operationsmikroskop oder als Übersichtskamera verwendet werden. Bei einem kleinen Arbeitsabstand AA zwischen 200 mm und 500 mm wird dabei eine stereoskopisches Bild mit hoher Abbildungsvergrößerung bereitgestellt, bei großen Arbeitsabständen AA zwischen 1.000 mm und 1.200 mm wird ein sehr großer Abschnitt der Fokusebene gleichzeitig abgebildet.
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In 3 sind die optischen Linsen 61, 62, 63, 71, 72, 73 des Objektivsystems 5 vergrößert dargestellt, und die optischen Oberflächen mit Bezugszeichen versehen.
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Die optischen Parameter dieser optischen Linsen
61,
62,
63,
71,
72,
73 lauten wie folgt:
| Linse | Fläche | Radius [mm] | Abstand [mm] | Durchmesser, [mm] | Medium | Brechzahl bei 546 nm | Abbe-Zahl |
| | | | | OBJEKT | | | |
| | | | 200...5.000 | | Luft | | |
| 61 | 61a | –146,3 | 3,5 | 36 | SF8 | 1,6942 | 30,94 |
| 61/62 | 61b/62a | –51,7 | 2 | 36 | BK3 | 1,5001 | 64,9 |
| 62 | 62b | 146,3 | 5,5 | 36 | Luft | | |
| 63 | 63a | –48 | 2 | 36 | CAF2 | 1,435 | 94,7 |
| 63 | 63b | –520 | 24...4 | 36 | Luft | | |
| 71 | 71a | –600 | 2 | 40 | SF8 | 1,6942 | 30,94 |
| 71/72 | 71b/72a | 157 | 6 | 40 | CAF2 | 1,435 | 94,7 |
| 72 | 72b | –57,3 | 0,01 | 40 | Luft | | |
| 73 | 73a | 120 | 4 | 40 | CAF2 | 1,435 | 94,7 |
| 73 | 73b | –182 | 1...21 | 40 | Luft | | |
| | | | | BILD | | | |
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Dabei gibt der in einer Zeile der Tabelle genannte Abstand die Entfernung der in der Zeile der Tabelle genannten Fläche zur in der nächsten Zeile der Tabelle genannten Fläche an. Entsprechend gibt ein in einer Zeile der Tabelle genanntes Medium das Material an, welches sich zwischen der in der Zeile der Tabelle genannten Fläche und der in der nächsten Zeile der Tabelle genannten Fläche befindet.
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Da die zweite Linsengruppe 7 insgesamt verlagert wird, andern sich die Werte 24...4 und 1...21 genau entgegengesetzt und im gleichen Maß. Je nach Anordnung der zweiten Linsengruppe 7 ergibt sich ein freier Arbeitsabstand von zwischen 200 mm und 5.000 mm.
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In der Tabelle bezeichnet SF8, BK3 und CAF2 Bezeichnungen, unter denen das entsprechende Schwerflintglas, Borosilicatglas und Kalziumfluoridglas von der Schott AG in Deutschland bezogen werden kann.
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Bei dem in 3 gezeigten Objektivsystem beträgt der Quotient der Brennweite der ersten Linsengruppe 6 des Objektivsystems 5 zur Brennweite der zweiten Linsengruppe 7 des Objektivsystems 5 dem Betrag nach 0,85. Weiter beträgt der Quotient der Brennweite der ersten Linsengruppe 6 des Objektivsystems 5 zur minimalen Brennweite des Objektivsystems 5 dem Betrag nach 0,23.
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Es wird betont, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die vorstehende Ausführungsform und die darin verwendeten optischen Linsen beschränkt ist.
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Auch wenn die Erfindung vorstehend am Beispiel eines digitalen Operationsmikroskops beschrieben wurde, welches keine Okulare aufweist, ist die vorliegende Erfindung hierauf nicht beschränkt. So kann jeder Abbildungsstrahlengang des Abbildungssystems zusätzlich oder alternativ zu dem CCD-Sensoren einen Tubus und ein Okular aufweisen. Dabei erfolgt im Tubus eine Bildumkehr, um eine lagerichtige Darstellung des Operationsbereichs mittels der Okulare zu ermöglichen.
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Auch wenn vorstehend zwei separate CCD-Sensoren für die stereoskopischen Abbildungsstrahlengänge verwendet wurden, kann alternativ auch für beide Abbildungsstrahlengänge ein gemeinsamer CCD-Sensor mit entsprechend großer Empfangsfläche verwendet werden.
