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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Homogenisierung eines Laserstrahlprofils. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Fokussierung und Homogenisierung eines Laserstrahls bei der Laserphotokoagulation zur Koagulation von organischem Gewebe, bspw. im Auge eines Lebewesens.
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Ein Stereomikroskop ist ein spezielles Lichtmikroskop, bei dem für beide Augen ein getrennter Strahlengang bereitgestellt wird. Beide Augen sehen ein zu beobachtendes Objekt daher aus einem etwas unterschiedlichen Winkel, sodass ein „Stereo-Effekt”, also ein räumlicher Bildeindruck, eintritt. Die Verwendung von Stereomikroskopen in Form von Operationsmikroskopen kommt in fast allen mikrochirurgischen Disziplinen zum Einsatz. Zwei Chirurgen, nämlich der Hauptchirurg, der den Eingriff durchführt und der Assistent, dem eine unterstützende Funktion zukommt, können das Operationsmikroskopgleichzeitig verwenden.
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Das OPMI Pentero von Carl Zeiss Meditec AG bietet Möglichkeiten, den Hauptbeobachter und den Assistenten mit stereoskopischen Bildern zu versorgen. Der Hauptbeobachter ist immer an derselben Position fixiert. Der sogenannte 180°-Assistenteneinblick wird gegenüber dem Hauptbeobachter montiert und wird beispielsweise bei Wirbelsäulenoperationen verwendet.
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Bei Hauptbeobachter und 180°-Beobachter wird die stereoskopische Ansicht aus zwei optischen Kanälen erzeugt. Beim Stereomitbeobachter hingegen wird jeweils ein optischer Kanal noch einmal aufgespalten, sodass eine entsprechend geringere Stereobasis (Mittenabstand zwischen zwei optischen Achsen) resultiert.
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Nachteile für den Stereomitbeobachter sind der geringe Stereoeindruck, die geringe Helligkeit des Bildes, sowie die schlechte ergonomische Position für den 90°-Assistenten.
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Bei bekannten Operationsmikroskopen beträgt die Stereobasis, also der Abstand der beiden optischen Kanäle 22 mm, der Durchmesser der Optik eines jeden Kanales 16 mm. Wird daher für den Stereomitbeobachter aus einem Kanal ein stereoskopisches Bild generiert, resultiert aus einem Durchmesser von 16 mm eine Stereobasis von ca. 7 bis 8 mm für den Stereomitbeobachter.
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Daraus wird ersichtlich, dass der Stereoeindruck des Stereomitbeobachters im Vergleich zum Hauptbeobachter entsprechend dem Verhältnis von 7 mm zu 22 mm sehr gering ist. Damit einhergehend ist die Helligkeit des Stereomitbeobachters im Vergleich zur Helligkeit des Hauptbeobachters deutlich verringert.
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Aus diesem Grund besteht ein Bedarf nach einem Stereomitbeobachter mit verbessertem Stereoeindruck und größerer Helligkeit.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zu überwinden.
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Die Aufgabe wird durch den unabhängigen Anspruch 1 gelöst, durch ein Stereomikroskop, insbesonders ein Operationsmikroskop, wenigstens für einen Hauptbeobachter und einen Steromitbeobachter aufweisend ein afokales zweikanaliges Zoom-System mit zwei optischen Zoom-Achsen für den Hauptbeobachter, wobei die optischen Zoom-Achsen einen Mittenabstand von mindestens 22 mm aufweisen und wobei erste objektseitige Außenglieder des zweikanaligen Zoom-Systems jeweils einen Durchmesser im Bereich von 20 mm bis 30 mm aufweisen, um einen Mittenabstand zwischen zwei weiteren optischen Achsen für den Steromitbeobachter an wenigstens einem der ersten objektseitigen Außenglieder des Zoom-Systems zu erzeugen.
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Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen definiert.
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Im Vergleich zum bekannten Zoom-Systemen ist der Durchmesser der verwendeten Optik größer, sodass ein vergrößerter Mittenabstand zwischen den weiteren optischen Achsen (Stereobasis) für den Steromitbeobachter erreicht werden kann.
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Es hat sich gezeigt, dass ein größerer Mittenabstand gegenüber als deutliche Verbesserung wahrgenommen wird.
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In einer Ausführungsform der Erfindung liegt der Mittenabstand zwischen den weiteren optischen Achsen im Bereich von 12 mm bis 14 mm.
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Im Vergleich zu bekannten Zoom-Systemen ist der Durchmesser der verwendeten Optik größer, sodass eine Stereobasis von 12 mm bis 14 mm erreicht werden kann. Bevorzugt beträgt die Stereobasis 12 mm oder 14 mm.
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Bevorzugt wird bei gleichbleibender Stereobasis von mindestens 22 mm für den Hauptbeobachter eine Stereobasis von 12 mm bis 14 mm für den Stereomitbeobachter erreicht. In Laborexperimenten hat sich gezeigt, dass dieser Wertebereich von 12 mm–14 mm gegenüber dem aktuellen Wert von 7 mm als deutliche Verbesserung wahrgenommen wird.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind zwei nebeneinander im Zoom-System angeordnete objektseitige erste Außenglieder in einem Kontaktbereich geschnitten ausgebildet.
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Damit lässt sich ein Überlappen den ersten Außenglieder auf einfache Weise verhindern. Dabei lässt sich bei gleichbleibender Stereobasis für den Hauptbeobachter eine vergößerte Stereobasis für den Stereomitbeobachter auf einfache Weise erreichen.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weisen die ersten Außenglieder kreisrunde Grundflächen auf, wobei ein Kreissegment an den Grundflächen abgeschnitten ist.
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Bevorzugt liegen die beiden Schnittflächen des ersten Außenglieder parallel aneinander oder sind mit einem Abstand parallel zueinander angeordnet.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weisen die optischen Zoom-Achsen einen Mittenabstand im Bereich von 24 mm bis 26 mm auf.
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Dabei ergeben sich ein verbesserter Stereoeindruck und eine größere Helligkeit für den Stereomitbeobachter.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung entpricht der Mittenabstand der optischen Zoom-Achsen höchstens dem doppelten Durchmesser eines Außenglieds.
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In Laborexperimenten hat sich gezeigt, dass dieser Bereich für den Durchmesser einen verbesserten Stereoeindruck und eine größere Helligkeit für den Stereomitbeobachter liefert.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das Zoom-Systems in jedem Kanal viergliedrig ausgebildet, wobei das erste objektseitige Außenglied und ein zweites bildseitiges Außenglied und ein zwischen den Außengliedern verlagerbares erstes Innenglied und ein zweites Innenglied vorgesehen sind, wobei die Außenglieder mindestens drei Linsen aufweisen.
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Hierdurch wird eine Zoom-System bereitgestellt, das eine Stellung mit kleinerer Vergrößerung bis hin zu einer Stellung mit größerer Vergrößerung darstellen kann.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die Außenglieder als Kittglieder mit einer Zusatzlinse ausgestaltet.
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Damit lässt sich auf einfache Weise eine positive Brechkraft des Außengliedes verstärken.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weisen die Innenglieder mindestens zwei Linsen auf.
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Bevorzugt weisen die Innenglieder drei Linsen auf, um eine negative Brechkraft zu verstärken.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die Innenglieder als Kittglieder ausgestaltet.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist eine Bauteillänge des Zoom-Systems kleiner gleich 90 mm, kleiner gleich 80 mm oder kleiner gleich 75 mm.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erfolgt eine Rotation eines Stereobildes des Stereomitbeobachters mittels Dove-Prismen.
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Bevorzugt weist der Stereomitbeobachter mindestens ein Dove-Prisma auf, das gedreht werden kann und es so dem 90°-Assistenten ermöglicht, die Stereoansicht seiner aktuellen Position anzupassen.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Stereomikroskop ein Tubus-System mit zwei optischen Tubus-Achsen auf, wobei die optischen Tubus-Achsen einen Mittenabstand von 22 mm auf.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind im Bereich zwischen dem Tubus-System und dem Zoom-System in die Strahlengänge einbringbare Shutter vorgesehen, um eine Zuführung externer Bilddaten zu ermöglichen.
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Die Erfindung soll nun noch anhand von Zeichnungen beispielhaft weiter veranschaulicht werden. Hierbei zeigen:
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1 eine schematische Ansicht eines Stereomikroskops,
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2 einen schematischen Strahlenverlauf durch das Stereomikroskop,
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3 einen schematischen Schnitt A-A durch ein Zoom-System aus 2,
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4 einen weiteren schematischen Strahlenverlauf durch das Stereomikroskop,
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5 einen weiteren schematischen Strahlenverlauf durch das Stereomikroskop,
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6 eine schematische Darstellung eines symmetrischen, afokalen Zoom-Systems im Axiallängsschnitt,
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7 das Zoom-System von 6 in einer Stellung mit kleinerer Vergrößerung und
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8 das Zoom-System von 6 in einer Stellung mit höherer Vergrößerung.
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1 zeigt eine schematische Ansicht eines Stereomikroskops. Das Stereomikroskop 1 ist als ein Operationsmikroskop ausgebildet. Das Stereomikroskop 1 weist einen Hauptbeobachter 50, einen 180°-Assistenten 60 und einen Steromitbeobachter 70 (90°-Assistet) auf.
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Der 180°-Assistent 60 ist dem Hauptbeobachter gegenüberliegend angeordnet. Der Stereomitbeobachter 70 ist um 90° gedreht zum Hauptbeobachter 50 und zum 180°-Assistenten 60 angeordnet.
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In 2 ist ein schematischer Strahlenverlauf durch das Stereomikroskop gezeigt. Das Stereomikroskop 1 weist ein Tubus-System 2 mit zwei optischen Tubus-Achsen 3, 4 auf. Die optischen Tubus-Achsen 3, 4 weisen einen Mittenabstand 5 von 22 mm auf.
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An das Tubus-System 2 schließt ein afokales, zweikanaliges und symmetrisches Zoom-System 6 mit zwei optischen Zoom-Achsen 7, 8 an. Das Stereomikroskop 1 weist also einen sogenannten zweikanaligen Zoom auf, bei dem jedem stereoskopischen Teilstrahlengang ein gesondertes Linsensystem zugeordnet ist. Die optischen Zoom-Achsen 7, 8 weisen einen Mittenabstand 9 im Bereich von 24 bis 26 mm auf.
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Das Zoom-System 6 weist zwei erste objektseitige Außenglieder 24 und 25 auf. Ferner weist das Zoom-System 6 zwei zweite bildseitige Außenglieder 35 und 39 auf. Das Zoom-System 6 wird anhand der in der Blattebene gezeigten linken Zoom-Achse 7 in den 6 bis 8 detaillierter beschrieben.
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An das Zoom-System 6 schließt ein Hauptobjektiv 16 an, das ein Strahlenbündel auf das Objekt 17 fokussiert.
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Zwischen dem Hauptobjektiv 16 und dem afokalen Zoom-System 6 sowie zwischen dem afokalen Zoom-System 6 und dem zweikanaligen Tubus-System 2 sind bei dem Stereomikroskop 1 die Strahlenbündel jeweils parallel.
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In 3 ist schematischen Schnitt A-A durch das Zoom-System aus 2 dargestellt.
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Die optischen Zoom-Achsen 7, 8 weisen einen Mittenabstand 9 von 24 mm bis 26 mm auf. Die Kanäle des zweikanaligen Zoom-Systems 6 weisen jeweils einen Durchmesser im Bereich von 20 mm bis 30 mm auf. Der Durchmesser beträgt dem zweifachen Radius 13. An wenigstens einem ersten objektseitigen Außenglied 24, 25 des Zoom-Systems 6 wird ein Mittenabstand 10 zwischen zwei weiteren optischen Achsen 11, 12 für den Steromitbeobachter 70 erzeugt. Der Mittenabstand 10 für den Steromitbeobachter 70 liegt im Bereich von 12 mm bis 14 mm. Der Linsenduchmesser (= zweifacher Radius 14) für den Stereomitbeobachter liegt im Bereich von 10 mm bis 12 mm.
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Der Kreis 15 stellt einen aus dem Stand der Technik bekannten Linsendurchmesser des Zoom-Systems 6 mit einem Durchmesser von 16 mm dar.
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Die zwei nebeneinander im Zoom-System 6 angeordneten objektseitigen ersten Außenglieder 24, 25 sind in einem Kontaktbereich 23 geschnitten ausgebildet. Dabei weisen die ersten Außenglieder 24, 25 kreisrunde Grundflächen auf, wobei ein Kreissegment an den Grundflächen abgeschnitten ist. Die beiden Schnittflächen der ersten Außenglieder 24, 25 sind mit einem geringen Abstand parallel zueinander angeordnet. Im Bereich 23 weisen beide Außenglieder 24, 25 jeweils eine parallele zueinander verlaufende Abschrägung 22 auf.
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Im Vergleich zu bekannten Zoom-Systemen ist der Durchmesser der verwendeten Optik größer, sodass eine Stereobasis von 12 mm bis 14 mm erreicht werden kann. Bei gleichbleibender Stereobasis von mindestens 22 mm für den Hauptbeobachter eine Stereobasis von 12 mm bis 14 mm für den Stereomitbeobachter erreicht. Der Wertebereich von 12 mm bis 14 mm gegenüber dem aus dem Stand der Technik bekannten Wert von 7 mm kann als deutliche Verbesserung für den Stereomitbeobachter wahrgenommen werden.
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4 zeigt einen weiteren schematischen Strahlenverlauf durch das Stereomikroskop.
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Das Stereomikroskop 1 weist zwei Shutter 40 auf. Die Shutter 40 sind eingerichtet, in die Strahlengänge eingebracht zu werden. Die Shutter 40 sind in den Strahlengang zwischen einer Dateieinspiegelung 18 und einer Kamera 19 verschiebbar angeordnet.
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5 zeigt einen weiteren schematischen Strahlenverlauf durch das Stereomikroskop.
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Das Stereomikroskop weist den Aufbau, wie unter 4 beschrieben auf. Im Unterschied zur 4 sind beide Shutter 40 in den Strahlengang eingebracht. Die Shutter 40 sind in den Strahlengang zwischen der Dateieinspiegelung 18 und der Kamera 19 eingeschoben.
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Hierdurch ist es möglich, eine Zuführung externer Bilddaten 41 für eine Augmentierung und Einblendung, z. B. Endoskopbilder oder präoperative Daten zu ermöglichen.
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6 zeigt eine schematische Darstellung eines symmetrischen, afokalen Zoom-Systems im Axiallängsschnitt. Das Zoom-System 6 ist je Kanal als ein afokales, viergliedriges Zoom-System 6 ausgebildet. Zwei Randstrahlen 20 und 21 eines Strahlenbündels verlaufen parallel zur optischen Zoom-Achse 8.
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Das afokale Zoom-System 6 umfasst objektseitig ein erstes Außenglied 25 mit positiver Brechkraft. Das erste Außenglied 25 ist als ein Kittglied mit einer Einzellinse 28 ausgebildet. Das Kittglied weist zwei Linsen 26 und 27 auf.
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Bildseitig folgt dem Außenglied 25 ein erstes Innenglied 29 mit negativer Brechkraft. Das erste Innenglied 29 ist als ein Kittglied ausgebildet. Das Kittglied weist zwei Linsen 30 und 31 auf.
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An das erste Innenglied 29 schließt ein zweites Innenglied 32 mit negativer Brechkraft an. Das zweite Innenglied 32 ist als ein Kittglied ausgebildet. Das Kittglied weist zwei Linsen 33 und 34 auf.
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An das zweite Innenglied 32 schließt ein zweites Außenglied 35 positiver Brechkraft an. Das zweite Außenglied 35 ist als ein Kittglied mit einer Einzellinse 36 ausgebildet. Das Kittglied weist zwei Linsen 37 und 38 auf.
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Aufgrund des symmetrischen Aufbaus des afokalen Zoom-Systems 6 ist das erste Außenglied 25 wie das zweite Außenglied 35 aufgebaut. Ferner ist das erste Innenglied 29 wie das zweite Innenglied 32 aufgebaut. Es entsprechen die Linse 26 der Linse 38, die Linse 27 der Linse 37, die Linse 28 der Linse 36, die Linse 30 der Linse 34 und die Linse 31 der Linse 33.
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Das erste Außenglied 25 und das erste Innenglied 29 sind um eine mittlere, zur optischen Achse 8 orthogonal verlaufenden Symmetrieebene gespiegelt zum zweiten Innenglied 32 und zum zweiten Außenglied 35 angeordnet.
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Die Stellung des afokalen Zoom-Systems gemäß 1 entspricht einer Vergrößerung von 1,00, wobei der Durchmesser des in das Zoom-System 6 einfallenden Strahlenbündels gleich dem Durchmesser des aus dem Zoom-System 6 austretenden Strahlenbündels ist.
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7 zeigt das Zoom-System 6 in einer Stellung, welche einer Vergrößerung von 0,41 entspricht. Hierzu sind die Innenglieder 29 und 32 in Richtung zum Außenglied 25 verschoben. Das afokale Zoom-System 6 gestattet also eine Vergrößerungsvariation bei feststehenden Außengliedern 25 und 35, wobei lediglich die Abstände zwischen den beiden Innengliedern 29 und 32 sowie zwischen dem Innenglied 29 bzw. 32 und dem Außenglied 25 bzw. 35 variiert werden.
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8 zeigt das afokale Zoom-System 6 in einer Stellung entsprechend der Vergrößerung von 2,45. Dabei sind die Innenglieder 29 und 32 in Richtung zum Außenglied 35 verschoben. Das afokale Zoom-System 6 gestattet also eine Vergrößerungsvariation bei feststehenden Außengliedern 25 und 35, wobei lediglich die Abstände zwischen den beiden Innengliedern 29 und 32 sowie zwischen dem Innenglied 29 bzw. 32 und dem Außenglied 25 bzw. 35 variiert werden.
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Von der kleinen Vergrößerungen 0,41 bis zur mittleren Vergrößerung 1,00 ist eine konstant hohe Lichtstärke erreichbar, welche bei vorgegebenem bildseitigem Bildwinkel nur von dem bündelbegrenzenden freien Durchmesser des bildseitigen Außenglieds 35 bestimmt wird. In diesem Vergrößerungsbereich erfolgt vor allem keine Begrenzung durch die beiden Innenglieder 29 und 32.
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Bei höheren Vergrößerungen ab 1,00 begrenzt der freie Durchmesser des objektseitigen Außengliedes 13 den Bündelquerschnitt und damit auch den für die Quantifizierung der Lichtstärke entscheidenden bildseitigen Bündelquerschnitt.
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Die Linsenradien, Linsendicken bzw. Luftabstände, freien Linsendurchmesser und die verwendeten Medien können der folgenden Tabelle entnommen werden. In dieser Tabelle bezieht sich die Feld-Nr. auf die jeweilige optisch wirksame Grenzfläche gezählt von der objektseitigen Linsenoberfläche der Linse 26 an.
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Mit den vorstehend angegebenen Daten aus der Tabelle ergibt sich für das Zoom-System 6 eine Baulänge L von 74 mm bei einem 6-fachen Vergrößerungsbereich und einem optisch freien Durchmesser von 2 × 12 mm = 24 mm.
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Vorzugsweise sind die freien Linsendurchmesser veränderbar, um das Zoom-System an die jeweiligen Einbaugegebenheiten anzupassen.
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Die voranstehende Erläuterung der Ausführungsformen beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. Selbstverständlich können einzelne Merkmale der Ausführungsformen, sofern technisch sinnvoll, frei miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Stereomikroskop
- 2
- Tubus-System
- 3
- Tubus-Achse
- 4
- Tubus-Achse
- 5
- Mittenabstand
- 6
- Zoom-System
- 7
- Zoom-Achse
- 8
- Zoom-Achse
- 9
- Mittenabstand
- 10
- Mittenabstand
- 11
- Zoom-Achse
- 12
- Zoom-Achse
- 13
- Radius
- 14
- Radius
- 15
- Gerätepupille
- 16
- Hauptobjektiv
- 17
- Objekt
- 18
- Dateneinspiegelung
- 19
- Kamera
- 20
- Randstrahl
- 21
- Randstrahl
- 22
- Abschrägung
- 23
- Bereich
- 24
- Außenglied
- 25
- Außenglied
- 26
- Linse
- 27
- Linse
- 28
- Linse
- 29
- Innenglied
- 30
- Linse
- 31
- Linse
- 32
- Innenglied
- 33
- Linse
- 34
- Linse
- 35
- Außenglied
- 36
- Linse
- 37
- Linse
- 38
- Linse
- 39
- Außenglied
- 40
- Shutter
- 41
- Zuführung externer Bilddaten
- 50
- Hauptbeobachter
- 60
- 180°-Assistent
- 70
- Stereomitbeobachter
- L
- Länge
