DE102017124547B4

DE102017124547B4 - Mikroskop

Info

Publication number: DE102017124547B4
Application number: DE102017124547.2A
Authority: DE
Inventors: Franz Merz; Artur Högele; Christian Beder; André Müller; Daniel Kolster; Peter Reimer
Original assignee: Carl Zeiss Meditec AG
Current assignee: Carl Zeiss Meditec AG
Priority date: 2017-10-20
Filing date: 2017-10-20
Publication date: 2020-01-02
Anticipated expiration: 2037-10-21
Also published as: DE102017124547A1; CN109696742A

Abstract

Mikroskop miteinem ein Hauptobjektiv (5) aufweisenden Beobachtungsstrahlengang (2, 3),einer einen ersten Detektionsstrahlengang sowie einen ersten Beleuchtungsstrahlengang aufweisenden Wellenfrontmesseinrichtung (11),einer ersten und einer zweiten Optikgruppe (13, 14),einem zwischen der ersten und zweiten Optikgruppe (13, 14) angeordneten Strahlteiler (20) undeiner einen zweiten Beleuchtungsstrahlengang aufweisenden Beleuchtungseinrichtung (12),wobei der erste Detektionsstrahlengang das Hauptobjektiv (5), die erste Optikgruppe (13), den zwischen der ersten und zweiten Optikgruppe (13, 14) angeordneten Strahlteiler (20) als reflektives Element und die zweite Optikgruppe (14) enthält und das Hauptobjektiv (5) zusammen mit der ersten und zweiten Optikgruppe (13, 14) eine afokale Abbildungsoptik des ersten Detektionsstrahlengangs bildet,wobei der erste Beleuchtungsstrahlengang den zwischen der ersten und zweiten Optikgruppe (13, 14) angeordneten Strahlteiler (20), die erste Optikgruppe (13), das Hauptobjektiv (5) und nicht die zweite Optikgruppe (14) enthält und Beleuchtungsstrahlung für die Wellenfrontmesseinrichtung (11) über den zwischen der ersten und zweiten Optikgruppe (13, 14) angeordneten Strahlteiler (20) auf die erste Optikgruppe (13) gerichtet wird,und wobei der zweite Beleuchtungsstrahlengang den zwischen der ersten und zweiten Optikgruppe (13, 14) angeordneten Strahlteiler (20) als transmissives Element, die erste Optikgruppe (13) und das Hauptobjektiv (5) enthält.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Mikroskop mit einem ein Hauptobjektiv aufweisenden Beobachtungsstrahlengang, wobei das Mikroskop insbesondere als Operationsmikroskop ausgebildet ist.
Bei solchen Mikroskopen und insbesondere bei solchen Operationsmikroskopen besteht zunehmend der Bedarf, intraoperativ diverse diagnostische Untersuchungen (wie z.B. bildgebende Verfahren oder refraktive Messungen) durchzuführen. Die dafür nötigen separaten Geräte beeinträchtigen jedoch das Arbeitsumfeld und den Arbeitsablauf während z.B. einer Operation erheblich.
Die US 2012/0069303 A1 beschreibt ein Messsystem für die Augenchirurgie mit einem afokalen System. Ferner werden Messsysteme für die optische Kohärenztomographie und für die Wellenfrontmessung beschrieben. Die EP 3 005 938 A2 beschreibt ein Mikroskopsystem für die Chirurgie, wobei das Mikroskopystem eine optische Kohärenztomographie und eine Wellenfrontmessung ermöglicht.
Ausgehend hiervon ist es daher Aufgabe der Erfindung ein Mikroskop mit einem ein Hauptobjektiv aufweisenden Beobachtungsstrahlengang bereitzustellen, das mindestens eine zusätzliche Messfunktion bereitstellt und gleichzeitig kompakt ausgebildet ist.
Die Erfindung ist im Anspruch 1 definiert. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Das erfindungsgemäße Mikroskop kann einen ein Hauptobjektiv aufweisenden Beobachtungsstrahlengang, eine einen ersten Detektionsstrahlengang sowie einen ersten Beleuchtungsstrahlengang aufweisende Wellenfrontmesseinrichtung, eine erste und eine zweite Optikgruppe, einen zwischen der ersten und zweiten Optikgruppe angeordneten Strahlteiler und eine einen zweiten Beleuchtungsstrahlengang aufweisende Beleuchtungseinrichtung umfassen. Der erste Detektionsstrahlengang kann das Hauptobjektiv, die erste Optikgruppe, den zwischen der ersten und zweiten Optikgruppe angeordneten Strahlteiler als reflektives Element und die zweite Optikgruppe enthalten, wobei das Hauptobjektiv zusammen mit der ersten und zweiten Optikgruppe eine afokale Abbildungsoptik des ersten Detektionsstrahlengangs bildet. Der erste Beleuchtungsstrahlengang kann den zwischen der ersten und zweiten Optikgruppe angeordneten Strahlteiler, die erste Optikgruppe und das Hauptobjektiv enthalten. Insbesondere kann der erste Beleuchtungsstrahlengang nicht die zweite Optikgruppe enthalten, so dass Beleuchtungsstrahlung für die Wellenfrontmesseinrichtung über den zwischen der ersten und zweiten Optikgruppe angeordneten Strahlteiler auf die erste Optikgruppe gerichtet werden kann. Die Beleuchtungsstrahlung für die Wellenfrontmessung durchläuft somit nicht die zweite Optikgruppe, so dass in vorteilhafter Weise weniger optische Grenzflächen zu durchlaufen sind, an denen Reflexe auftreten können, die die Wellenfrontmessung nachteilig beeinflussen können. Somit kann die erste Beleuchtungsstrahlung der Wellenfrontmesseinrichtung über die erste Optikgruppe und das Hauptobjektiv auf eine mit dem Mikroskop zu untersuchende Probe gerichtet werden.
Ferner kann der zweite Beleuchtungsstrahlengang den zwischen der ersten und zweiten Optikgruppe angeordneten Strahlteiler als transmissives Element, die erste Optikgruppe und das Hauptobjektiv enthalten.
Da das Hauptobjektiv sowie der zwischen der ersten und zweiten Optikgruppe angeordnete Strahlteiler Bestandteil des ersten Detektionsstrahlenganges sowie des ersten und zweiten Beleuchtungsstrahlenganges sind, können für den ersten Detektionsstrahlengang und die beiden Beleuchtungsstrahlengänge teilweise dieselben optischen Elemente verwendet werden, was zu einem kompakten Aufbau führt.
Des Weiteren wird der zwischen der ersten und zweiten Optikgruppe angeordnete Strahlteiler im ersten Detektionsstrahlengang als reflektives Element benutzt, was im Vergleich zu einer alternativ möglichen transmissiven Nutzung zu besseren optischen Abbildungseigenschaften führt, weil gerade im Bereich des zwischen der ersten und zweiten Optikgruppe angeordneten Strahlteilers im Detektionsstrahlengang kein paralleler Strahlverlauf vorliegt. Dies ist bei der reflektiven Nutzung des zwischen der ersten und zweiten Optikgruppe angeordneten Strahlteilers jedoch unproblematisch. Wird der zwischen der ersten und zweiten Optikgruppe angeordnete Strahlteiler als transmissives Element im ersten Detektionsstrahlengang genutzt, würde der Durchgang durch den zwischen der ersten und zweiten Optikgruppe angeordneten Strahlteiler unerwünschte Abbildungsfehler verursachen, die nur schwer oder nur mit hohem optischen Aufwand korrigiert werden können.
Die afokale Abbildungsoptik des ersten Detektionsstrahlenganges kann als Kepler-Teleskop ausgebildet sein, wobei das Hauptobjektiv und die erste Optikgruppe das Objektiv und die zweite Optikgruppe das Okular des Kepler-Teleskops bilden. Ferner können Objektiv und Okular des Kepler-Teleskops so ausgebildet sein, dass ihre Brennpunkte zusammen fallen.
Die Strahlung (z.B. aus dem sichtbaren Spektrum) der Beleuchtungseinrichtung kann über den zwischen der ersten und zweiten Optikgruppe angeordneten Strahlteiler zwischen der ersten und zweiten Optikgruppe so eingekoppelt werden, dass die Strahlung über die erste Optikgruppe und das Hauptobjektiv (und nicht über die zweite Optikgruppe) auf die zu untersuchende Probe gerichtet wird. Die Beleuchtungseinrichtung kann insbesondere als koaxiale Beleuchtung ausgebildet sein.
Insbesondere kann derselbe zwischen der ersten und zweiten Optikgruppe angeordnete Strahlteiler zwischen erster und zweiter Optikgruppe genutzt werden, um die Beleuchtungsstrahlung der Wellenfrontmesseinrichtung und die Beleuchtungsstrahlung der Beleuchtungseinrichtung zur ersten Optikgruppe hin zu lenken, so dass diese Strahlungen durch die erste Optikgruppe und das Hauptobjektiv auf eine zu untersuchende Probe bzw. ein zu untersuchendes Objekt gerichtet werden können. Die erste Optikgruppe und das Hauptobjektiv werden somit als gemeinsame erste Teiloptik genutzt.
Es kann ein weiterer Strahlteiler vorgesehen sein, der die Beleuchtungsstrahlung der Beleuchtungseinrichtung und die Beleuchtungsstrahlung der Wellenfrontmesseinrichtung überlagert und auf den zwischen der ersten und zweiten Optikgruppe angeordneten Strahlteiler lenkt. Bevorzugt ist vor dem weiteren Strahlteiler für die Beleuchtungsstrahlung der Wellenfrontmesseinrichtung eine zweite Teiloptik und für die Beleuchtungsstrahlung der Beleuchtungseinrichtung eine dritte Teiloptik vorgesehen, um die gewünschten Beleuchtungseigenschaften bereitstellen zu können, die für die Beleuchtungsstrahlung für die Wellenfrontmesseinrichtung und die Beleuchtungsstrahlung der Beleuchtungseinrichtung unterschiedlich sind.
So ist es für die Beleuchtungsstrahlung der Beleuchtungseinrichtung von Vorteil, wenn die Strahlung aus dem visuellen Spektralbereich (400 - 700 nm) in ein homogenes und farbkorrigiertes Leuchtfeld abgebildet wird. Dies kann durch eine achromatisch-aplanatische Abbildung der Lichtquelle nach Unendlich realisiert werden. Darauf folgt eine achromatische Abbildung der Leuchtfeldblende in die Objektebene (farbkorrigierter Leuchtfeldrand).
Für die Beleuchtungsstrahlung der Wellenfrontmesseinrichtung, die z.B. im nahen Infrarotbereich (770 - 870 nm) liegen kann, soll eine ebene Welle in der Fokusebene des Mikroskops vorliegen. Detektionsseitig soll diese Wellenfront beugungsbegrenzt abgebildet und detektiert werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Mikroskop kann der erste Beleuchtungsstrahlengang den zwischen der ersten und zweiten Optikgruppe angeordneten Strahlteiler als transmissives Element enthalten. Ferner kann der weitere Strahlteiler außerhalb des ersten Detektionsstrahlenganges angeordnet sein. Der weitere Strahlteiler ist insbesondere Bestandteil des ersten und zweiten Beleuchtungsstrahlenganges. Bevorzugt ist der weitere Strahlteiler im ersten Beleuchtungsstrahlengang ein reflektives Element und im zweiten Beleuchtungsstrahlengang ein transmissives Element.
Der weitere Strahlteiler kann insbesondere ein dichroitischer Strahlteiler sein. So kann die Beleuchtungsstrahlung der Beleuchtungseinrichtung im sichtbaren Wellenlängenbereich und somit bevorzugt im Bereich von 400 - 700 nm liegen. Die Beleuchtungsstrahlung der Wellenfrontmessung kann z.B. im nahen Infrarotbereich (z.B. 770 bis 870 nm) oder im längerwelligen Infrarotbereich liegen.
Das erfindungsgemäße Mikroskop kann eine einen zweiten Detektionsstrahlengang aufweisende OCT-Einrichtung (Optische Kohärenztomographie-Einrichtung) sowie eine dritte Optikgruppe umfassen, wobei der zweite Detektionsstrahlengang die erste bis dritte Optikgruppe, die eine afokale Abbildungsoptik des zweiten Detektionsstrahlengangs bildet, enthält.
Der weitere Strahlteiler kann außerhalb des zweiten Detektionsstrahlenganges angeordnet sein.
Die afokale Abbildungsoptik des zweiten Detektionsstrahlengangs kann als Kepler-Teleskop ausgebildet sein, wobei die erste und zweite Optikgruppe zusammen das Objektiv und die dritte Optikgruppe das Okular bildet. Objektiv und Okular können so ausgelegt sein, dass ihre Brennpunkte zusammenfallen.
Man kann auch sagen, dass die beiden Kepler-Teleskope der beiden Detektionsstrahlengänge ineinander geschachtelt sind.
Die beiden afokalen Abbildungsoptiken der beiden Detektionsstrahlengänge sind ferner so ausgebildet, dass eine Zwischenbildebene des zweiten Detektionsstrahlengangs zwischen der zweiten und dritten Optikgruppe liegt.
Zwischen der zweiten und dritten Optikgruppe kann ein dritter Strahlteiler angeordnet sein, der den ersten und zweiten Detektionsstrahlengang trennt. Der dritte Strahlteiler kann so ausgebildet sein, dass eine dauerhafte Trennung vorliegt, so dass stets beide Detektionsstrahlengänge für Messungen genutzt werden können. Dies kann beispielsweise mit einem dichroitischen Strahlteiler oder einem als teildurchlässigen Spiegel ausgebildeten Strahlteiler realisiert werden. Ferner ist es möglich, den dritten Strahlteiler so auszubilden, dass das Licht des ersten Detektionsstrahlenganges reflektiert und das Licht des zweiten Detektionsstrahlenganges transmittiert wird. Dazu kann der dritte Strahlteiler als Spiegel ausgebildet sein, der in dem Bereich des Lichtes des zweiten Strahlenganges ein Loch aufweist oder transparent ausgebildet ist. Dies lässt sich insbesondere dann gut realisieren, wenn die Zwischenbildebene des zweiten Strahlenganges zwischen der zweiten und dritten Optikgruppe liegt. Natürlich kann der dritte Strahlteiler auch quasi invertiert gebildet sein. In diesem Fall wird nur das Licht des zweiten Detektionsstrahlenganges reflektiert und das Licht des ersten Detektionsstrahlenganges transmittiert. Dazu ist der Strahlteiler als kleiner Spiegel ausgebildet, der nur das Licht des zweiten Strahlengangs reflektiert. Dies ist besonders vorteilhaft zu realisieren, wenn die Zwischenbildebene des zweiten Detektionsstrahlengangs zwischen der zweiten und dritten Optikgruppe liegt.
Ferner kann der dritte Strahlteiler als temporärer Strahlteiler ausgebildet sein, der in zwei Zustände geschaltet werden kann, wobei in einem ersten der beiden Zustände das Licht im ersten Detektionsstrahlengang weitergeleitet wird und in einem zweiten der beiden Zustände das Licht im zweiten Detektionsstrahlengang weitergeleitet wird. Dies kann beispielsweise durch einen Spiegel mit elektrochromer Schicht realisiert werden, der in einen reflektiven und einen transmissiven Zustand geschaltet werden kann. Ferner kann ein Spiegel bereitgestellt werden, der in einem der beiden Zustände im Strahlengang zwischen der zweiten und dritten Optikgruppe positioniert ist und in einem zweiten Zustand außerhalb des Strahlengangs zwischen der zweiten und dritten Optikgruppe positioniert ist. Es ist also ein bewegbarer bzw. verschiebbarer Spiegel vorgesehen. Die Bewegung kann eine translative Bewegung und/oder Schwenkbewegung (bzw. Drehbewegung) sein.
Ferner kann zwischen der ersten und zweiten Optikgruppe eine Aperturblende für den ersten Detektionsstrahlengang angeordnet sein.
Die erste Teiloptik (Hauptobjektiv und erste Optikgruppe) kann der Beleuchtungsstrahlung der Beleuchtungseinrichtung Bildfehler einprägen, die jedoch mittels der dritten Teiloptik so korrigiert werden können, dass die Anforderungen an die Beleuchtungseinrichtung erfüllt sind.
Die zweite Optikgruppe ist dann so ausgelegt, dass die Bildfehler der ersten Teiloptik für die Wellenfrontmessung kompensiert werden. Es hat sich gezeigt, dass trotz der hohen Anforderungen bei der Wellenfrontmessung eine ausreichend gute Korrektur erreicht werden kann.
Der erste Detektionsstrahlengang kann dezentriert durch das Hauptobjektiv (und ggf. dezentriert durch die erste und zweite Optikgruppe) verlaufen. Dadurch kann eine Beleuchtungsreflexblende für die Beleuchtungseinrichtung am optimalen Ort in der Beleuchtungseinrichtung positioniert werden.
Im Fall des dezentrierten ersten Detektionsstrahlengangs ist es vorteilhaft, eine Aperturblende zwischen der ersten und zweiten Optikgruppe als Begrenzung für die Auswertepupille der Wellenfront anzuordnen. Ferner kann, in Detektionsrichtung hinter dem ersten Strahlteiler gesehen, ein Langpassfilter für die Wellenfront-Messwellenlänge und die OCT-Messwellenlänge angeordnet sein, um Störlicht zu unterdrücken.
Die Beleuchtungseinrichtung kann insbesondere in gleicher Weise wie die Beleuchtungseinrichtung 120 der EP 1 918 756 B1 ausgebildet sein. Es wird hier insbesondere auf 1 bis 5 mit zugehöriger Beschreibung verwiesen.
Das Mikroskop kann insbesondere als Stereomikroskop mit zwei Beobachtungsstrahlengängen (z.B. optische Beobachtungsstrahlengänge) ausgebildet sein. Das Mikroskop kann ferner im Beobachtungsstrahlengang (bzw. in jedem Beobachtungsstrahlengang) ein Okular aufweisen. Ferner kann das Mikroskop als Operationsmikroskop ausgebildet sein. Bevorzugt als Operationsmikroskop für die Augenchirurgie.
Bei dem erfindungsgemäßen Mikroskop kann der erste und zweite Detektionsstrahlengang dezentriert durch das Hauptobjektiv (und ggf. durch die erste, zweite und/oder dritte Teiloptik) verlaufen. Dadurch kann z.B. eine Beleuchtungsreflexblende für die koaxiale Beleuchtung am optimalen Ort positioniert werden.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in den angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung einsetzbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, die ebenfalls erfindungswesentliche Merkmale offenbaren, noch näher erläutert. Diese Ausführungsbeispiele dienen lediglich der Veranschaulichung und sind nicht als einschränkend auszulegen. Beispielsweise ist eine Beschreibung eines Ausführungsbeispiels mit einer Vielzahl von Elementen oder Komponenten nicht dahingehend auszulegen, dass alle diese Elemente oder Komponenten zur Implementierung notwendig sind. Vielmehr können andere Ausführungsbeispiele auch alternative Elemente und Komponenten, weniger Elemente oder Komponenten oder zusätzliche Elemente oder Komponenten enthalten. Elemente oder Komponenten verschiedener Ausführungsbespiele können miteinander kombiniert werden, sofern nichts anderes angegeben ist. Modifikationen und Abwandlungen, welche für eines der Ausführungsbeispiele beschrieben werden, können auch auf andere Ausführungsbeispiele anwendbar sein. Zur Vermeidung von Wiederholungen werden gleiche oder einander entsprechende Elemente in verschiedenen Figuren mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet und nicht mehrmals erläutert. Von den Figuren zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Mikroskops 1;
2 eine Draufsicht des Mikroskops von 1;
3 eine Draufsicht gemäß 2, wobei ein OCT-Strahlenbündel in der Feldmitte (nicht gescannt) eingezeichnet ist;
4 eine Draufsicht gemäß 2, wobei der Detektionsstrahlengang der Wellenfrontmesseinrichtung eingezeichnet ist;
5 eine Darstellung gemäß 3, wobei der dritte Strahlteiler 22 in seiner zweiten Stellung eingezeichnet ist;
6 eine schematische Darstellung der zweiten Optikgruppe 14, des dritten Strahlteilers 22 und des Shack-Hartmann-Sensors 23 zur Erläuterung der räumlichen Nähe dieser Elemente und
7 eine Alternativlösung der Anordnung von 6.

In 1 sind schematisch die beiden optischen Beobachtungsstrahlengänge 2, 3 des erfindungsgemäßen Mikroskops 1, das hier als Stereo-Operationsmikroskop 1 ausgebildet ist, gezeigt. Die Strahlengänge verlaufen von einem zu beobachtenden Objekt 4 durch ein Hauptobjektiv 5, dann durch einen ersten Strahlteiler 6, eine Zoomoptik 7₁ , 7₂ , und eine Okular-Tubus-Optik 8₁ , 8₂ (die nachfolgend auch als Okular 8₁ , 8₂ bezeichnet wird), so dass ein Beobachter mit seinen Augen RA, LA das zu beobachtende Objekt vergrößert wahrnehmen kann.
Das Mikroskop 1 umfasst ferner eine OCT-Einrichtung 10 (OCT = Optische Kohärenztomographie), eine Wellenfrontmesseinrichtung 11 und eine Beleuchtungseinrichtung 12, deren Beleuchtungsstrahlengänge vom ersten Strahlteiler 6 zum Hauptobjektiv 5 umgelenkt werden, so dass sie durch das Hauptobjektiv 5 laufen, und deren Detektionsstrahlengänge durch das Hauptobjektiv 5 laufen und vom ersten Strahlteiler 6 umgelenkt werden. Zur Vereinfachung der Darstellung sind die OCT-Einrichtung 10, die Wellenfrontmesseinrichtung 11 und die Beleuchtungseinrichtung 12 in 1 nicht eingezeichnet. Ihr Aufbau und ihre Anordnung ist in der Draufsicht von 2 dargestellt, wobei in dieser Ansicht die optischen Beobachtungsstrahlengänge 2, 3 lediglich schematisch angedeutet sind.
Die OCT-Einrichtung 10 umfasst neben dem Hauptobjektiv 5 und dem ersten Strahlteiler 6 eine erste Optikgruppe 13, den zweiten Strahlteiler 20, einen Umlenkspiegel 33, eine zweite Optikgruppe 14, eine dritte Optikgruppe 15, eine Scaneinheit 16, eine Kollimatoroptik 17, einen Lichtleiter 18 und ein OCT-Modul 19.
Die Wellenfrontmesseinrichtung 11 umfasst das Hauptobjektiv 5, den ersten Strahlteiler 6, die erste Optikgruppe 13, den zweiten Strahlteiler 20, eine Aperturblende 21, die zweite Optikgruppe 14, einen dritten Strahlteiler 22 und einen Wellenfrontsensor 23 (z.B. eine Shack-Hartmann-Kamera 23) zur Detektion. Ferner umfasst die Wellenfrontmesseinrichtung 11 einen Beleuchtungslaser 24, der Laserstrahlung mit einer Wellenlänge von 785 nm abgibt, eine vierte Optikgruppe 25, einen vierten Strahlteiler 26, den zweiten Strahlteiler 20, die erste Optikgruppe 13, den ersten Strahlteiler 6 sowie das Hauptobjektiv 5 zur Beleuchtung.
Die Beleuchtungseinrichtung 12 umfasst eine Lichtquelle 27, die Beleuchtungsstrahlung im Bereich von 400 bis 700 nm abgibt, eine fünfte Optikgruppe 28, den vierten Strahlteiler 26, den zweiten Strahlteiler 20, die erste Optikgruppe 13, den ersten Strahlteiler 6 sowie das Hauptobjektiv 5.
Wie nachfolgend noch im Detail beschrieben wird, wird mittels der ersten bis dritten Optikgruppe 13-15 ein Kepler-Teleskop für den Detektionsstrahlengang der OCT-Einrichtung 10 und wird mittels des Hauptobjektivs 5 sowie der ersten und zweiten Optikgruppe 13, 14 ein Kepler-Teleskop für den Detektionsstrahlengang der Wellenfrontmesseinrichtung 11 gebildet, wodurch beide Kepler-Teleskope ineinander geschachtelt sind. Damit kann eine hohe Integration und ein bauraumoptimierter Aufbau realisiert werden.
In 3 ist der Apertur-Strahlengang der OCT-Einrichtung 10 für ein Strahlenbündel, das auf dem Punkt P (1) des zu beobachtenden Objektes 4 fokussiert ist (der Punkt P ist der Schnittpunkt der optischen Achse des Hauptobjektivs 5 mit der in dem zu beobachtenden Objekt 4 liegenden Fokusebene) eingezeichnet. Wie aus dem eingezeichneten Strahlengang ersichtlich ist, bilden die erste und zweite Optikgruppe 13, 14 das Objektiv des Kepler-Teleskops und bildet die dritte Optikgruppe 15 das Okular des Kepler-Teleskops. Man kann auch sagen, dass die erste bis dritte Optikgruppe 13 bis 15 eine afokale Abbildungsoptik für die OCT-Einrichtung 10 bildet.
Im Betrieb erzeugt das OCT-Modul 19 die notwendige kohärente Beleuchtungsstrahlung, die durch den Lichtleiter 18 geleitet und mittels der Kollimatoroptik 17 kollimiert wird. Die Scaneinheit 16 führt die notwendige Ablenkung in x- und y-Richtung durch. Das durch die erste bis dritte Optikgruppe 13 bis 15 gebildete Kepler-Teleskop führt eine afokale Abbildung des Strahlenbündels durch, das über den ersten Strahlteiler 6 umgelenkt und mittels des Hauptobjektivs 5 fokussiert wird.
Der Detektionsstrahlengang wird in entgegengesetzter Richtung in gleicher Weise durchlaufen. Die detektierte Strahlung wird dann über den Lichtleiter 18 zum OCT-Modul 19 geleitet, in dem die Detektion in bekannter Art und Weise erfolgt.
Der Detektionsstrahlengang der Wellenfrontmesseinrichtung 11 ist schematisch in 4 dargestellt. Dabei bilden das Hauptobjektiv 5 und die erste Optikgruppe 13 das Objektiv des Kepler-Teleskops und bildet die zweite Optikgruppe 14 das Okular des Kepler-Teleskops. Auch hier liegt somit eine afokale Abbildungsoptik vor, die durch das Hauptobjektiv 5 und die erste und zweite Optikgruppe 13 und 14 gebildet ist. Dadurch kann das zu untersuchende Objekt 4 mit einer ebenen Welle beleuchtet werden, die als ebene Welle auf den Wellenfrontsensor 23 abgebildet wird.
Durch den beschriebenen optischen Aufbau der beiden ineinander geschachtelten Kepler-Teleskope wird zwischen der zweiten und dritten Optikgruppe 14, 15 ein Zwischenbild ZB ( 3) des OCT-Strahlengangs vom Objekt 4 geformt. Dieses Zwischenbild ZB ist auch zum Eintritt in den Lichtleiter 18 konjugiert. Man kann auch sagen, dass ein reelles Zwischenbild ZB des Lichtleiters 18 vorliegt, das zum Objekt 4 konjugiert ist. Das Zwischenbild ZB liegt entlang der optischen Achse des Kepler-Teleskops der OCT-Einrichtung 10 näher am dritten Strahlteiler 22 als an der zweiten Optikgruppe 14. Es liegt hier zwischen dem dritten Strahlteiler 22 und der zweiten Optikgruppe 14.
Es ist vorteilhaft, wenn das Zwischenbild ZB nahe am dritten Strahlteiler 22 oder direkt an der Position des dritten Strahlteilers 22 liegt, da dadurch eine nachteilige Beschneidung des Scanbereiches der Scaneinheit 16 der OCT-Einrichtung 10 durch die Aperturblende 21 der Wellenfrontmesseinrichtung 11 minimiert werden kann.
Der Durchmesser des Zwischenbildes ZB kann beispielsweise im Bereich von 8 bis 20 nm liegen.
Der erste bis vierte Strahlteiler 6, 20, 22 und 26 können jeweils als dichroitischer Strahlteiler ausgebildet sein, die jedoch unterschiedliche dichroitische Eigenschaften aufweisen.
Um eine ausreichend helle Beleuchtung mit Licht aus dem sichtbaren Wellenbereich, der nachfolgend auch VIS-Bereich genannt wird und bevorzugt Wellenlängen von 400 bis 700 nm aufweist, realisieren zu können, ist die Transmission für den VIS-Bereich beim vierten und zweiten Strahlteiler 26 und 20 möglichst hoch (bevorzugt 100 %). Der erste Strahlteiler 6 weist eine Reflektivität für den VIS-Bereich von 5 bis 30 % auf und entsprechend eine Transmission von 95 bis 70 %. Damit wird noch sichergestellt, dass ausreichend viel Beleuchtungslicht auf das Objekt 4 fällt und eine gute optische Detektion über die beiden Beobachtungsstrahlengänge 2, 3 möglich ist.
Um eine ausreichende Beleuchtung für die Wellenfrontmessung zu erzielen, weist der vierte Strahlteiler 26 eine möglichst hohe Reflexion für die Wellenlänge λ_WFS der Strahlung des Beleuchtungslasers 24 auf. λ_WFS kann z.B. 785 nm betragen. Der zweite Strahlteiler 20 weist eine Transmission für Strahlung mit der Wellenlänge λ_WFS im Bereich von 1 bis 10 % und eine Reflexion im Bereich von 99 bis 90 % auf. Der erste Strahlteiler 6 weist eine Reflektivität für λ_WFS von bevorzugt 100 % auf. Somit wird zwar nur ca. 1 bis 10 % der Strahlung des Beleuchtungslasers 24 zur Beleuchtung für die Wellenfrontmessung bereitgestellt, was jedoch ausreichend ist. Wesentlich ist die hohe Reflexion des zweiten dichroitischen Strahlteilers 20 für die Wellenlänge λ_WFS , um möglichst wenig vom ohnehin schwachen Rücksignal zu verlieren. Da Beleuchtungslaser 24 mit ausreichender Leistung zur Verfügung stehen, kann dieser Weg gewählt werden.
Wenn das Mikroskop 1 beispielsweise für die Behandlung bzw. Operationen am Auge eingesetzt wird, kann das optische System der Wellenfrontmesseinrichtung 11 auf eine möglichst geringe Schwankung der Transmission ausgelegt werden, da die Intensität der abgegebenen Laserstrahlung für jedes einzelne Mikroskop 1 so eingestellt werden muss, dass der maximal zulässige Wert am zu behandelnden Auge nicht überschritten wird. Je geringer die relative Schwankung ist, umso weniger Dynamik muss die Leistung des Beleuchtungslasers 24 besitzen bzw. muss der Beleuchtungslaser 24 verstellt werden. Das bedeutet beispielsweise, dass eine Reflexion des zweiten Strahlteilers 20 für die Wellenlänge λ_WFS von 95 ± 0,5 % besser ist als von 99 ± 0,5 %, da die relative Schwankung der Transmission (T = 1 - R) im ersten Fall 10 % (5 % ± 0,5 %) und im zweiten Fall 50 % (1 % ± 0,5 %) beträgt.
Da rechteckige spektrale Verläufe der Reflexion/Transmission bei dichroitischen Strahlteilern nur mit sehr hohem Aufwand zu realisieren sind, kann man sich dies hier für den zweiten Strahlteiler 20 in der Art und Weise zu Nutze machen, dass man λ_WFS so wählt, dass sie in oder an der Flanke des spektralen Anstiegs der Reflexion liegt, wobei der Anstieg bei λ_OCT (= Wellenlänge der OCT-Strahlung) sein Maximum erreicht und λ_OCT hier z.B. 1050 nm beträgt. Damit kann der Aufwand in der Schichtherstellung minimiert werden und die Reflexion des zweiten Strahlteilers 20 ist bei der Wellenlänge von λ_OCT maximal, während sie bei λ_WFS geringer ist und damit die Einkopplung zulässt.
Der dritte Strahlteiler 22 muss die Strahlengänge der Wellenfrontmessung und der OCT-Messung trennen. Daher weist der dritte Strahlteiler 22 eine sehr hohe Transmission für die Wellenlänge λ_OCT sowie eine möglichst hohe Reflexion für die Wellenlänge λ_WFS auf.
Schließlich weist der erste Strahlteiler 6 eine hohe Reflexion (bevorzugt 100 %) für die Wellenlänge λ_OCT auf, um möglichst wenig Verluste bei der OCT-Messung zu verursachen.
Wie z.B. insbesondere der Darstellung in 2 entnommen werden kann, wird die Strahlung des Beleuchtungslasers 24 der Wellenfrontmesseinrichtung 11 über den zweiten Strahlteiler 20 in den Strahlengang des Kepler-Teleskops der Wellenfrontmesseinrichtung 11 eingekoppelt, so dass die Strahlung des Beleuchtungslasers 24 nicht durch die zweite Optikgruppe 14 läuft, sondern nur durch die erste Optikgruppe 13 und das Hauptobjektiv 5.
Das Licht des Wellenfrontlasers 24 durchläuft somit nur eine geringe Anzahl von Linsen, wodurch weniger optische Grenzflächen durchlaufen werden, an denen unerwünschte Reflexe des Lichtes des Wellenfrontlasers auftreten können, die dann in unerwünschter Weise auf die Shack-Hartmann-Kamera 23 treffen können.
Der dritte Strahlteiler 22 kann nicht nur, wie bereits beschrieben, als dichroitischer Strahlteiler ausgebildet sein. Es ist beispielsweise auch möglich, dass der dritte Strahlteiler 22 als teildurchlässiger Spiegel ausgebildet ist und somit einen Teil der Detektionsstrahlung für die Wellenfrontmessung zur Shack-Hartmann-Kamera 23 reflektiert und ein Teil der Messstrahlung für die OCT-Messung zur dritten Optikgruppe 15 hin transmittiert.
Ferner kann der dritte Strahlteiler 22 als Spiegel ausgebildet sein, der die gesamte auf ihn treffende Strahlung reflektiert. Für die Transmission der OCT-Beleuchtungsstrahlung und OCT-Messstrahlung weist der dritte Strahlteiler 22 ein Loch in dem Bereich auf, in dem der OCT-Strahlengang verläuft. Da das Zwischenbild ZB nahe am oder direkt beim dritten Strahlteiler 22 liegt, kann dieses Loch relativ klein sein. Das Loch kann als mechanisches Loch ausgebildet sein oder beispielsweise als transparenter Bereich, der für die OCT-Strahlung durchlässig ist.
Bei den bisher beschriebenen Ausführungsformen war der dritte Strahlteiler 22 so ausgelegt, dass die Wellenfrontmessung und die OCT-Messung gleichzeitig durchgeführt werden können. Wenn dies jedoch nicht gewünscht ist und nur die Möglichkeit bereitgestellt werden soll, zeitlich nacheinander eine Wellenfrontmessung und eine OCT-Messung durchzuführen, kann der dritte Strahlteiler 22 als schaltbares Umlenkelement ausgebildet werden. Das schaltbare Umlenkelement kann von einem ersten Zustand, in dem das gesamte auf das Umlenkelement treffende Licht zur Shack-Hartmann-Kamera 23 umgelenkt wird, in einen zweiten Zustand geschaltet werden, in dem kein Licht umgelenkt wird sondern ungehindert zur dritten Optikgruppe 15 weiterlaufen kann.
Dazu kann der dritte Strahlteiler 22 beispielsweise eine elektrochrome Schicht oder ein elektrochromes Schichtsystem aufweisen, das durch Anlegen einer Spannung in einen aktiven Zustand geschaltet wird, in dem es stark reflektiv ist, und entsprechend in einen nicht-aktiven Zustand geschaltet werden kann (wenn z.B. keine Spannung angelegt wird), in dem es stark transmissiv ist.
Alternativ kann der dritte Strahlteiler 22 als Spiegel ausgebildet sein, der von seiner in 3 gezeigten Position (= erster Zustand) in die in 5 gezeigte Position verfahrbar ist (= zweiter Zustand). Die Position gemäß 5 ist außerhalb des Strahlengangs der OCT-Einrichtung 10 und der Wellenfrontmesseinrichtung 11, so dass die OCT-Messung durchgeführt werden kann. Bei dem in 3 gezeigten Zustand wird die gesamte Strahlung zur Shack-Hartmann-Kamera 23 umgelenkt, so dass die Wellenfrontmessung durchgeführt werden kann.
Die erste bis dritte Optikgruppe 13 bis 15 ist in den schematischen Darstellungen gemäß 2 bis 6 jeweils als Linse eingezeichnet. Natürlich kann jede der Optikgruppen 13 bis 15 mehrere Linsen oder sonstige abbildende Elemente enthalten.
Wie bereits dargelegt wurde, ist das Zwischenbild ZB in der Nähe oder am Ort des dritten Strahlteilers 22. Dies kann dazu führen, dass Bauteilabweichungen beim dritten Strahlteiler 22 oder z.B. Verunreinigungen des dritten Strahlteilers 22 die OCT-Messungen in nachteiliger Weise beeinflussen.
Ferner kann die Schwierigkeit auftreten, dass die letzte Komponente der zweiten Optikgruppe 14 nur einen relativ geringen Abstand (optische Weglänge) zum Shack-Hartmann-Sensor 23 aufweist, so dass der Platz zwischen dem Shack-Hartmann-Sensor 23 und der dritten Optikgruppe 15 minimal werden kann. Dies ist schematisch in 6 für den Bereich 30 gezeigt.
Um den mechanischen Abstand zu vergrößern, kann der dritte Strahlteiler 22 als Umlenkprisma 31 ausgebildet sein, wie in 7 schematisch dargestellt ist. Die Umlenkfläche 32 kann die optischen Eigenschaften des dritten Strahlteilers 22 bereitstellen.
Da aufgrund des Umlenkprismas 31 nun ein Teil des Weges von der zweite Optikgruppe 14 bis zum Shack-Hartmann-Sensor 23 nicht mehr in Luft sondern in einem optisch dichteren Medium zurückgelegt wird, liegt der gewünschte größere mechanische Abstand vor.
Das Umlenkprisma 31 kann so ausgebildet sein, dass die Umlenkfläche 32 eine Strahlteilung durchführt, um gleichzeitig die OCT-Messung und die Wellenfrontmessung durchzuführen. Alternativ kann das Umlenkprisma 31 eine rein reflektive Umlenkfläche 32 aufweisen. In diesem Fall wird das Umlenkprisma 31 in der in 7 gezeigten Position positioniert, um die Wellenfrontmessung durchzuführen. Wenn keine Wellenfrontmessung sondern eine OCT-Messung durchgeführt werden soll, wird das Umlenkprisma 31 aus dem Strahlengang herausbewegt (in gleicher Weise wie der dritte Strahlteiler 22 in 5).
Die Bewegung des dritten Strahlteilers 22 bzw. des Umlenkprismas 31 aus der in 3, 6 bzw. 7 gezeigten Position in die in 5 gezeigte Position kann durch eine lineare Bewegung, und/oder eine Schwenkbewegung (oder Drehbewegung) realisiert werden. Bevorzugt ist ein mechanischer Anschlag für die in 3, 6 bzw. 7 gezeigte Stellung vorgesehen, so dass der dritte Strahlteiler 22 bzw. das Umlenkprisma 31 (oder eine Fassung, Halterung, etc. des dritten Strahlteilers 22 bzw. des Umlenkprismas 31) nur in Kontakt mit dem Anschlag gebracht werden muss, um eine positionsgenaue und wiederholgenaue Positionierung gemäß 3, 6 bzw. 7 zu erreichen.
Bei den bisher beschriebenen Ausführungsformen bewirkt der dritte Strahlteiler 22 stets eine Reflexion zur Detektion der Strahlung für die Wellenfrontmessung. Die OCT-Messung erfolgt in Transmission. Natürlich kann dies auch umgekehrt realisiert sein, so dass die Reflexion am dritten Strahlteiler 22 den Detektionsstrahlengang der OCT-Messung betrifft und die Transmission die Wellenfrontmessung. Diese Vertauschung zwischen Reflexion und Transmission kann z.B. auch für die Beleuchtungsstrahlung des Beleuchtungslasers 24 und der Lichtquelle 27 durchgeführt werden.

Claims

Mikroskop mit einem ein Hauptobjektiv (5) aufweisenden Beobachtungsstrahlengang (2, 3), einer einen ersten Detektionsstrahlengang sowie einen ersten Beleuchtungsstrahlengang aufweisenden Wellenfrontmesseinrichtung (11), einer ersten und einer zweiten Optikgruppe (13, 14), einem zwischen der ersten und zweiten Optikgruppe (13, 14) angeordneten Strahlteiler (20) und einer einen zweiten Beleuchtungsstrahlengang aufweisenden Beleuchtungseinrichtung (12), wobei der erste Detektionsstrahlengang das Hauptobjektiv (5), die erste Optikgruppe (13), den zwischen der ersten und zweiten Optikgruppe (13, 14) angeordneten Strahlteiler (20) als reflektives Element und die zweite Optikgruppe (14) enthält und das Hauptobjektiv (5) zusammen mit der ersten und zweiten Optikgruppe (13, 14) eine afokale Abbildungsoptik des ersten Detektionsstrahlengangs bildet, wobei der erste Beleuchtungsstrahlengang den zwischen der ersten und zweiten Optikgruppe (13, 14) angeordneten Strahlteiler (20), die erste Optikgruppe (13), das Hauptobjektiv (5) und nicht die zweite Optikgruppe (14) enthält und Beleuchtungsstrahlung für die Wellenfrontmesseinrichtung (11) über den zwischen der ersten und zweiten Optikgruppe (13, 14) angeordneten Strahlteiler (20) auf die erste Optikgruppe (13) gerichtet wird, und wobei der zweite Beleuchtungsstrahlengang den zwischen der ersten und zweiten Optikgruppe (13, 14) angeordneten Strahlteiler (20) als transmissives Element, die erste Optikgruppe (13) und das Hauptobjektiv (5) enthält.
Mikroskop nach Anspruch 1, bei dem der erste Beleuchtungsstrahlengang den zwischen der ersten und zweiten Optikgruppe (13, 14) angeordneten Strahlteiler (20) als transmissives Element enthält.
Mikroskop nach Anspruch 1 oder 2, bei dem ein weiterer Strahlteiler (26) im ersten und zweiten Beleuchtungsstrahlengang aber außerhalb des ersten Detektionsstrahlengangs angeordnet ist, um Beleuchtungsstrahlung der Wellenfrontmesseinrichtung (11) sowie Beleuchtungsstrahlung der Beleuchtungseinrichtung (12) zum zwischen der ersten und zweiten Optikgruppe (13, 14) angeordneten Strahlteiler (20) zu leiten.
Mikroskop nach einem der obigen Ansprüche, das eine einen zweiten Detektionsstrahlengang aufweisende Optische Kohärenztomographie-Einrichtung (10) sowie eine dritte Optikgruppe (15) umfasst, wobei der zweite Detektionsstrahlengang die erste bis dritte Optikgruppe (13, 14, 15), die eine afokale Abbildungsoptik des zweiten Detektionsstrahlengangs bildet, enthält.
Mikroskop nach Anspruch 4, bei dem zwischen der zweiten und dritten Optikgruppe (14, 15) eine Zwischenbildebene (ZB) des zweiten Detektionsstrahlengangs liegt.
Mikroskop nach Anspruch 4 oder 5, bei dem zwischen der zweiten und dritten Optikgruppe (14, 15) ein dritter Strahlteiler (22) angeordnet ist, der den ersten und zweiten Detektionsstrahlengang trennt.
Mikroskop nach Anspruch 6, bei dem der dritte Strahlteiler (22) als dichroitischer Strahlteiler ausgebildet ist.
Mikroskop nach Anspruch 6, bei dem der dritte Strahlteiler (22) in einen ersten und einen zweiten Zustand bringbar ist, wobei das von der zweiten Optikgruppe (14) kommende Licht im ersten Zustand des dritten Strahlteilers (22) im ersten Detektionsstrahlengang weitergeleitet und im zweiten Zustand des dritten Strahlteilers (22) im zweiten Detektionsstrahlengang weitergeleitet wird.
Mikroskop nach Anspruch 8, bei dem der dritte Strahlteiler (22) in einem der beiden Zustände das von der zweiten Optikgruppe (14) kommende Licht umlenkt und in dem anderen der beiden Zustände das von der zweiten Optikgruppe (14) kommende Licht ungehindert passieren lässt.
Mikroskop nach Anspruch 8 oder 9, bei dem der dritte Strahlteiler (22) bewegbar ist und in einem der beiden Zustände im Strahlengang zwischen der zweiten und dritten Optikgruppe (14, 15) positioniert ist und in dem anderen der beiden Zustände außerhalb des Strahlengangs zwischen der zweiten und dritten Optikgruppe (14, 15) positioniert ist.