DE102018216392A1

DE102018216392A1 - Lichtquelleneinheit für ein Operationsmikroskop

Info

Publication number: DE102018216392A1
Application number: DE102018216392.8A
Authority: DE
Inventors: Martin PESCHKA; Peter Reimer
Original assignee: Carl Zeiss Meditec AG
Current assignee: Carl Zeiss Meditec AG
Priority date: 2018-09-26
Filing date: 2018-09-26
Publication date: 2020-03-26
Anticipated expiration: 2038-09-27
Also published as: US20200096755A1; DE102018216392B4; US11428918B2

Abstract

Erfindungsgemäß umfasst eine Lichtquelleneinheit für ein Operationsmikroskop (140), eine Laserlichtquelle (101), ein erstes streuendes Element SE1 (106), das eine erste Ebene (107) definiert, ein zweites streuende Element SE2 (112), das eine zweite Ebene (113) definiert, eine zwischen dem ersten streuenden Element SE1 (106) und dem zweiten streuenden Element SE2 (112) angeordnete Kollektoroptik OS1 (110) mit einer ersten Brennweite f und einem ersten Brennpunkt P1. Der erste Brennpunkt P1 der Kollektoroptik OS1 (110) liegt in der ersten Ebene (107) auf dem ersten streuenden Element SE1 (106). Das von der Laserlichtquelle (101) abgestrahlte Laserlicht (103) ist in der ersten Ebene (107) auf dem ersten streuenden Element SE1 (106) auf einen ersten Strahlquerschnitt (108) mit einer ersten Abmessung L1 fokussiert. Das von dem ersten streuenden Element SE1 (106) ausgehende gestreute Strahlenbündel (109) mit der ersten numerischen Apertur NA(SE1) ist durch die Kollektoroptik OS1 (110) nach unendlich abgebildet und erzeugt in der zweiten Ebene (113) auf dem zweiten streuenden Element SE2 (112) einen zweiten Strahlquerschnitt mit einer zweiten Abmessung L2. Das zweite streuende Element SE2 (112) strahlt an jeder Stelle im Strahlquerschnitt in der zweiten Ebene (113) jeweils ein Bündel Beleuchtungslicht (115) mit einer zweiten numerischen Apertur NA(SE2) ab, wobei das von dem zweiten streuenden Element SE2 (112) ausgehende Beleuchtungslicht (115) ein erstes Leuchtfeld (114) bildet. Das erste Leuchtfeld (114) ist durch eine Beleuchtungsoptik in eine Objektebene (150) abbildbar.

Description

Die Erfindung betrifft eine Lichtquelleneinheit für ein Operationsmikroskop.
Zur Untersuchung und Behandlung von Tumoren oder Präkanzerose können einem Patienten Fotosensibilisatoren appliziert werden, die sich selektiv in oder an einer erkrankten Zelle anreichern können. Werden die Sensibilisatoren, die auch als Marker bezeichnet werden, durch Bestrahlung mit Licht, welches einen Anteil einer bestimmten Wellenlänge aufweist, zum Fluoreszieren gebracht, kann ein derartiges Fluoreszenzlicht durch das freie Auge oder durch ein optisches System detektiert und damit der Tumor lokalisiert werden. In gesundem Gewebe reichern sich die Sensibilisatoren nicht an, sodass das kranke Gewebe durch eine signifikant höhere Fluoreszenz erkannt werden kann. Eine derartige Fluoreszenzdiagnose ist beispielsweise in der Dermatologie, der Gynäkologie oder der Ophthalmologie etabliert. Bei einigen Geweben ist es möglich, ohne Zugabe von Sensibilisatoren eine Eigenfluoreszenz anzuregen, wenn das Gewebe mit Licht einer bestimmten Wellenlänge bestrahlt wird. Anwendungen dafür gibt es zum Beispiel in der Ophthalmologie und in der Dentalmedizin.
Beleuchtungsvorrichtungen für Operationsmikroskope umfassen Weißlichtquellen zur Beleuchtung des zu untersuchenden Objektbereiches, beispielsweise Halogen-, Xenon- oder LED-Lichtquellen. Bei der Beobachtung von schwach fluoreszierenden Markern im Gewebe oder der Beobachtung einer Eigenfluoreszenz ist es daher notwendig, das Gewebe mit hoher Bestrahlungsstärke mit Licht einer bestimmten Anregungswellenlänge zu beleuchten.
Es ist bekannt, für die Fluoreszenzanregung die spektralen Anteile der Lichtquelle einzusetzen, beispielsweise bei Gasentladungslampen oder LED-Lichtquellen. Auch spezielle Filter können zum Einsatz kommen. Die Beleuchtungsleistung der Fluoreszenzanregung kann jedoch in Relation zu der Weißlichtleistung sehr schwach sein oder nicht in der relativen Helligkeit einstellbar sein. Ein weiterer Nachteil ist, dass das Anregungsspektrum einen zu breiten Wellenlängenbereich umfassen kann, was in einer zusätzlichen Gewebebelastung durch unnötigen Energieeintrag resultiert. Nachteilig kann auch sein, dass die Ausdehnung des Leuchtfeldes in der Objektebene für die Beleuchtung der Fluoreszenzanregung in Relation zu der Weißlichtbeleuchtung nicht variabel eingestellt werden kann.
Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, eine Operationsmikroskop-Beleuchtungsvorrichtung zur Verfügung zu stellen, die eine verbesserte Beleuchtung für die Fluoreszenzanregung bereitstellt.
Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Erfindungsgemäß umfasst eine Lichtquelleneinheit für ein Operationsmikroskop eine Laserlichtquelle, ein erstes streuendes Element SE1, das eine erste Ebene definiert, ein zweites streuendes Element SE2, das eine zweite Ebene definiert, eine zwischen dem ersten streuenden Element SE1 und dem zweiten streuenden Element SE2 angeordnete Kollektoroptik OS1 mit einer ersten Brennweite f und einem ersten Brennpunkt P1. Der erste Brennpunkt P1 der Kollektoroptik OS1 liegt in der ersten Ebene auf dem ersten streuenden Element SE1.
Das von der Laserlichtquelle abgestrahlte Laserlicht ist in der ersten Ebene auf dem ersten streuenden Element SE1 auf einem ersten Strahlquerschnitt mit einer ersten Abmessung L1 fokussiert. Das von dem ersten streuenden Element SE1 ausgehende gestreute Strahlenbündel mit der ersten numerischen Apertur NA(SE1) ist durch die Kollektoroptik OS1 nach unendlich abgebildet und erzeugt in der zweiten Ebene auf dem zweiten streuenden Element SE2 einen zweiten Strahlquerschnitt mit einer zweiten Abmessung L2.
Das zweite streuende Element SE2 strahlt an jeder Stelle im Strahlquerschnitt in der zweiten Ebene jeweils ein Bündel Beleuchtungslicht mit einer zweiten numerischen Apertur NA(SE2) ab, wobei das von dem zweiten streuenden Element SE2 ausgehende Beleuchtungslicht ein erstes Leuchtfeld bildet. Das erste Leuchtfeld ist durch eine Beleuchtungsoptik in eine Objektebene abbildbar.
Eine Lichtquelleneinheit umfasst eine Laserlichtquelle, ein erstes streuendes Element SE1, ein zweites streuendes Element SE2 und eine zwischen dem ersten streuenden Element SE1 und dem zweiten streuenden Element SE2 angeordnete Kollektoroptik OS1 mit einer ersten Brennweite f und einem ersten Brennpunkt P1. Das erste streuende Element SE1, die Kollektoroptik OS1 und das zweite streuenden Element sind entlang einer optischen Achse angeordnet.
Das von einer Laserlichtquelle abgestrahlte kohärente Beleuchtungslicht wird auf ein erstes streuendes Element SE1 in einer ersten Ebene mit einem ersten Strahlquerschnitt L1 fokussiert. Nach dem ersten streuenden Element SE1 ist die Kollektoroptik OS1 angeordnet. Die Kollektoroptik OS1 hat eine erste Brennweite f. Der erste Brennpunkt P1 der Kollektoroptik OS1 liegt in der ersten Ebene auf dem ersten streuenden Element SE1 in dem fokussierten ersten Strahlquerschnitt mit der Abmessung L1 des Laserlichts.
Ein Strahlquerschnitt kann eine beliebige Form aufweisen. Ein Strahlquerschnitt bildet eine Fläche in einer Ebene senkrecht zu einer optischen Achse des Beleuchtungslichtstrahls. Für die Berechnung eines Lichtleitwertes ist die größte Ausdehnung dieser Strahlquerschnittsfläche relevant. Im Normalfall weist ein Strahlquerschnitt eine im Wesentlichen ovale oder runde Form auf. In dieser Anmeldung wird ein Strahlquerschnitt deshalb durch eine Abmessung definiert. Die Abmessung L1 ist durch die größte lineare Länge oder Ausdehnung der Strahlquerschnittsfläche charakterisiert. Wenn der Strahlquerschnitt ein Oval bildet, ist die Abmessung L1 durch die längere Halbachse definiert. Falls der Strahlquerschnitt rund ist, ist die Abmessung L1 durch den Durchmesser definiert. Wenn der Strahlquerschnitt eine Rechteckform oder Quadratform aufweist, ist die Abmessung L1 durch die Länge der Diagonale definiert. Wenn der Strahlquerschnitt ein Vieleck bildet, ist die Abmessung L1 durch die Länge der längsten Diagonale definiert.
Der Lichtleitwert ist definiert als Produkt aus numerischer Apertur und Abmessung des Strahlquerschnitts. Dies gilt für jede Stelle im optischen Strahlengang. Der Lichtleitwert ist in der geometrischen Optik für Systeme mit brechenden und reflektierenden Flächen eine Erhaltungsgröße. Der Lichtleitwert kann durch Streuung vergrößert werden. Der Lichtleitwert kann bei Vignettierung oder durch Beschneidung, beispielsweise durch eine Blende, unter Lichtverlust verkleinert werden.
Das erste streuende Element SE1 hat eine Streuwirkung auf das in der ersten Ebene fokussierte Laserlicht. Als Streuwirkung ist definiert, dass von einem Lichtpunkt oder Lichtzentrum auf einem streuenden Element eine Vielzahl von Einzellichtstrahlen in einen Raumwinkelbereich abgestrahlt werden. Die Einzelstrahlen werden dabei sowohl senkrecht zu der ersten Ebene als auch in einem Winkel dazu abgestrahlt. Die Summe dieser Einzellichtstrahlen wird als gestreutes Strahlbündel bezeichnet. Der Raumwinkelbereich wird auch als Streuwinkelbereich bezeichnet.
Ein streuendes Element ist in dieser Anmeldung als ein flächiges optisches Element mit lichtstreuender Wirkung definiert. Ein streuendes Element ist ein Lichtwandler. Ein streuendes Element kann beispielsweise durch eine Streuscheibe, ein diffraktives optisches Element (DOE) oder steuerbare Flüssigkeitskristallzellen gebildet sein. Der Verlauf der streuenden Wirkung kann über die Fläche konstant sein oder über die Fläche variieren. Ein streuendes Element kann auch durch ein Mikrolinsenarray gebildet sein, bei dem die numerische Apertur der Mikrolinsenelemente bestimmt ist. Ein streuendes Element kann auch durch einen Wabenkondensor gebildet sein.
Das von dem ersten streuenden Element SE1 ausgehende gestreute Strahlbündel hat eine erste numerische Apertur NA(SE1). Die Kollektoroptik OS1 führt dieses gestreute Strahlbündel auf das zweite streuende Element SE2. Die Kollektoroptik OS1 bildet das von dem ersten streuenden Element SE1 ausgehende Strahlbündel kollimiert nach unendlich ab. Das so kollimiert Strahlbündel trifft dann in der zweiten Ebene im parallelen Strahlengang auf das zweite streuende Element SE2. Das Beleuchtungslicht hat in der ersten Ebene, auf dem ersten streuenden Element SE1, einen sehr kleinen, durch Beugung begrenzten, punktförmigen, ersten Strahlquerschnitt mit der ersten Abmessung L1. Dieser kleine erste Strahlquerschnitt ist vorteilhaft durch das fokussierte Laserlicht erzeugbar.
Auf dem zweiten streuenden Element SE2, in der zweiten Ebene, hat das kollimierte Beleuchtungslicht einen deutlich größeren zweiten Strahlquerschnitt mit der zweiten Abmessung L2. Für die zweite Abmessung L2 gelten die oben genannten Ausführungen zu der ersten Abmessung L1. Die Größe des zweiten Strahlquerschnitts mit der zweiten Abmessung L2 ist abhängig vom Streuwinkelbereich der ersten Streuscheibe SE1 und der Brennweite f der Kollektoroptik OS1.
Jeder Punkt des Strahlquerschnittes in der ersten Ebene auf dem ersten streuenden Element SE1 wird von der Kollektoroptik OS1 nach unendlich kollimiert. Licht von dem Punkt, der mit dem ersten Brennpunkt P1 der Kollektoroptik OS1 zusammenfällt, wird in Richtung der optischen Achse der Kollektoroptik OS1 kollimiert. Licht von Punkten im Strahlquerschnitt in der ersten Ebene des ersten streuenden Elementes SE1, die lateral gegenüber dem Brennpunkt P1 der Kollektoroptik OS1 verschoben sind, wird mit einem Winkel zur optischen Achse von der Kollektoroptik OS1 kollimiert, der von der lateralen Verschiebung und der Brennweite f der Kollektoroptik OS1 abhängt. Vor dem zweiten streuenden Element SE2 ist der Tangens des halben Öffnungswinkel des kollimierten Strahlbündels durch Ll/(2 x f) gegeben. Durch den kleinen ersten Strahlquerschnitt L1 kann dieser nicht zu unterschreitende Öffnungswinkel sehr klein bleiben.
Das parallele Strahlenbündel erzeugt in der zweiten Ebene auf dem zweiten streuenden Element SE2 eine große Anzahl kleiner Lichtzentren, die jeweils ein gestreutes Strahlbündel in einen Raumwinkelbereich abstrahlen. Die streuende Wirkung des zweiten streuenden Elements SE2 erzeugt somit an jeder Stelle im zweiten Strahlquerschnitt mit der Abmessung L2 in der zweiten Ebene des zweiten streuenden Elements SE2 jeweils ein Bündel abgestrahlten Beleuchtungslichts mit einer zweiten numerischen Apertur NA(SE2). Die zweite numerische Apertur NA(SE2) ist durch die streuende Wirkung von SE2 und durch den Öffnungswinkel des kollimierten Strahlbündels vor SE2 definiert.
Das von dem zweiten streuenden Element SE2 ausgehende Beleuchtungslicht bildet ein erstes Leuchtfeld. Das erste Leuchtfeld hat die Größe des zweiten Strahlquerschnitts. Das von dem ersten Leuchtfeld abgestrahlte Beleuchtungslicht ist in den Beleuchtungsstrahlengang eines Operationsmikroskops einkoppelbar. Diese Einkopplung kann beispielsweise direkt oder durch ein optisches System und/oder ein Lichtleiterfaserbündel erfolgen. Der Beleuchtungsstrahlengang führt das eigekoppelte Beleuchtungslicht zu einer Objektebene in einem Objektbereich, so dass der Objektbereich mit der Wellenlänge der eingesetzten Laserlichtquelle mit definierter Bestrahlungsstärke beleuchtet wird. Das erste Leuchtfeld ist durch die Beleuchtungsoptik in eine Objektebene abbildbar.
Durch die Anpassung der streuenden Wirkung des ersten streuenden Elements SE1 ist die erste numerische Apertur NA(SE1) einstellbar und somit die Abmessung L2 des zweiten Strahlquerschnitts in der zweiten Ebene am Ort des zweiten streuenden Elements SE2.
Der erste Strahlquerschnitt mit der ersten Abmessung L1 des fokussierten Laserlichtes in der ersten Ebene des ersten streuenden Elements SE1 legt zusammen mit der Brennweite f der Kollektoroptik OS1 den minimal erreichbaren Wert NAmin(SE2) der numerischen Apertur NA(SE2) am Ort des zweiten streuenden Elements SE2 fest. Der minimal erreichbare Lichtleitwert LLWmin(SE2) am Ort des zweiten streuenden Elements SE2 ist gleich L2 x NAmin(SE2).
Durch die Anpassung oder Änderung der streuenden Wirkung des zweiten streuenden Elements SE2 kann die zweite numerische Apertur NA(SE2) nach dem zweiten streuenden Elemente SE2 gezielt vergrößert werden und somit der Lichtleitwert im ersten Leuchtfeld von minimal L2 x NAmin(SE2) auf den Wert L2 x NA(SE2) geändert werden. Dies kann mit streuenden Elementen SE1 und SE2 hoher Transmission mit geringen Änderungen des Wirkungsgrades erfolgen. Der Wirkungsgrad ist dabei für den Fall des kleinsten Lichtleitwertes am größten.
Dadurch kann eine besonders effiziente und in ihrem Lichtwert einstellbare Lichtquelleneinheit mit einem hohen Wirkungsgrad bereitgestellt werden. Der Wirkungsgrad ist definiert als der Lichtstrom im ersten Leuchtfeld im Verhältnis zum Lichtstrom der Laserlichtquelle.
Durch die Einstellbarkeit der Parameter für den Lichtleitwert im ersten Leuchtfeld, der zweiten Abmessung L2 des zweiten Strahlquerschnitts und der zweiten numerischen Apertur NA(SE2), kann dieser Lichtleitwert in einem Bereich an den Beleuchtungsstrahlengang eines Operationsmikroskops in für die Beleuchtungsaufgabe geeigneter Weise angepasst werden. Insbesondere kann der Leuchtfelddurchmesser in der Objektebene des Operationsmikroskops je nach Beleuchtungsstrahlengang durch geeignete Einstellungen der zweiten Abmessung L2 und der zweiten numerischen Apertur NA(SE2) mit hohem Wirkungsgrad variiert werden.
Vorteilhaft sind somit der zweite Strahlquerschnitt mit der Abmessung L2 und die zweite numerische Apertur des ersten Leuchtfeldes abhängig von der Wahl des ersten Streuelements SE1 und des zweiten Streuelements SE2 unabhängig voneinander einstellbar, wobei die zweite numerische Apertur NA(SE2) größer oder gleich ist wie die NAmin (SE2). Dabei hat das Gesamtsystem einen hohen und nahezu unveränderten Wirkungsgrad, unabhängig von der Auswahl des ersten streuenden Elements SE1 und des zweiten streuenden Elements SE2.
Die Laserlichtquelle strahlt Laserlicht mit einer zentralen Wellenlänge ab, die für die FluoreszenzBeobachtung geeignet ist. Die Laserlichtquelle hat den Vorteil, dass eine sehr hohe Lichtleistung in einem schmalen Wellenlängenbereich zur Verfügung steht. Damit hat eine Anregungswellenlänge für die Fluoreszenzbeobachtung einen schmalen Wellenlängenbereich, was die Gewebebelastung durch unnötigen Energieeintrag reduziert.
Vorteilhaft weist das von der Laserlichtquelle abgestrahlte Laserlicht einen geringen Lichtleitwert auf und ist dadurch in der ersten Ebene in einem sehr kleinen Strahlquerschnitt beugungsbegrenzt fokussierbar. Dies minimiert die kleinste zweite numerische Apertur NAmin(SE2) und damit den kleinsten erreichbaren Lichtleitwert L2 x NAmin(SE2) des ersten Leuchtfeldes. Es ist dadurch eine effiziente und besonders hohe Konzentration des Beleuchtungslichtes in der Objektebene bereits allein durch eine lichtquellenseitige Manipulation bewirkbar. Die Lichtquelleneinheit ist somit auch vorteilhaft für bauraumsparende Beleuchtungsstrahlengänge in einem Operationsmikroskop einsetzbar, das keine verschiebbaren Linsen für Beleuchtungszoomfunktionen aufweist.
Die Konzentration des Leuchtfeldes im Operationsmikroskop hat den Vorteil, dass die hohe fluoreszenzanregende Lichtleistung auf kleine Bereiche beschränkt werden kann, was die Belastung umgebenden Gewebes durch unnötigen Energieeintrag vermeidet bzw. reduziert.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist das erste streuende Element SE1 eine Streuscheibe. Eine Streuscheibe ist kostengünstig.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist das erste streuende Element SE1 ein diffraktives optisches Element.
Durch ein diffraktives optisches Element (DOE) ist das Streuverhalten auslegbar. Die Winkelverteilung kann gezielt beeinflusst werden. Das diffraktive optische Element kann derart gestaltet werden, dass eine homogene Verteilung bewirkt wird. In einer Ausführungsform kann auch eine mittenbetonte Verteilung eingestellt werden.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist das erste streuende Element SE1 rotierend bewegt.
Vorteilhaft können Speckle-Muster zeitlich ausgemittelt werden. Speckle werden reduziert. Rotation des ersten streuenden Elements kann kostengünstig bewirkt werden.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist das erste streuende Element SE1 in der ersten Ebene lateral oszillierend.
Vorteilhaft werden Speckle-Muster zeitlich ausgemittelt und reduziert. Zudem kann ein erstes streuendes Element SE1 eingesetzt werden, dessen Streuwirkung nicht über die Fläche konstant ist. Vorteilhaft können mehrere erste streuende Elemente auf einem lateral oszillierenden Wechsler eingesetzt werden.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die streuende Wirkung des ersten streuenden Elements SE1 über dessen Fläche konstant.
Vorteilhaft ist das erste streuende Element kostengünstiger. Eine Speckle-Reduktion kann durch eine kostengünstigere Rotation ausgeführt werden.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die streuende Wirkung des ersten streuenden Elements SE1 über dessen Fläche unterschiedlich.
Vorteilhaft ist eine Änderung der Wirkung über den ersten Strahlquerschnitt möglich. Vorteilhaft ist durch eine lateralen Verschiebung oder Drehung des ersten streuenden Elements SE1 die Streuwirkung veränderbar.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die streuende Wirkung des ersten streuenden Elements SE1 über dessen Fläche als mindestens zwei disjunkte Bereiche unterschiedlicher Streuwirkung ausgebildet.
Die disjunkten Bereiche, die sich nicht überschneiden, haben jeweils eine unterschiedliche Streuwirkung. Vorteilhaft kann das erste streuende Element SE1 platzsparend gegenüber einem Wechsler mit separaten Einsätzen für unterschiedliche Streuelemente eingesetzt werden.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die streuende Wirkung des ersten streuenden Elements SE1 über dessen Fläche in einem zweidimensionalen Gebiet entlang einer Richtung als Wirkungsverlauf zwischen einer kleinsten und einer größten Wirkung ausgebildet.
Vorteilhaft ist eine Änderung der streuenden Wirkung über die Fläche erreichbar. Zudem ist durch eine laterale Verschiebung des ersten streuenden Elements SE1 ein anderer Wirkbereich zwischen der kleinsten und der größten Wirkung einstellbar. Der Wirkungsverlauf kann linear sein, sodass eine kontinuierliche Änderung der Streuwirkung erreichbar ist. Das zweidimensionale Gebiet kann als Rechteck ausgebildet sein, sodass eine Änderung der Streuwirkung von einem Ende des Strahlquerschnitts zu dem anderen Ende des Strahlquerschnitts definierbar ist.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die streuende Wirkung des ersten streuenden Elements SE1 über dessen Fläche als Ringbereich mit einem azimutalen Wirkungsverlauf zwischen einer kleinsten und einer größten Wirkung ausgebildet.
Der azimutale Wirkungsverlauf kann linear sein. Vorteilhaft ist eine kontinuierliche Änderung der streuenden Wirkung durch eine Rotation des ersten streuenden Elements SE1 erreichbar. In einer ersten Variante kann die resultierende Drehachse im Zentrum des Strahlquerschnitts liegen. In einer zweiten Variante kann die Drehachse außerhalb des Strahlquerschnitts liegen.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die streuende Wirkung des ersten streuenden Elements SE1 über dessen Fläche als mehrere konzentrische disjunkte Ringbereiche mit unterschiedlichen kleinsten und größten Wirkungen mit jeweils einem azimutalen Wirkungsverlauf zwischen einer kleinsten und einer größten Wirkung ausgebildet.
Vorteilhaft ist eine kontinuierliche Änderung der streuenden Wirkung erreichbar, wobei gleichzeitig eine Wirkungsänderung vom Zentrum zum Randbereich des ersten Strahlquerschnitts erfolgt.
In einer Ausgestaltung der Erfindung weist die erste Abmessung L1 des ersten Strahlquerschnitts in der ersten Ebene einen Wert in dem Bereich zwischen 0,1 mm bis 5 mm auf.
Vorteilhaft legt dieser Wert für die erste Abmessung L1 zusammen mit der Brennweite f der Kollektoroptik OS1 die kleinste erreichbar zweite numerische Apertur NA(SE2) fest.
In einer Ausgestaltung der Erfindung weist die erste Abmessung L1 des ersten Strahlquerschnitts in der ersten Ebene einen Wert auf in einem Bereich zwischen 0,1 mm bis 3 mm, bevorzugt in einem Bereich zwischen 0,1 mm bis 2 mm, weiter bevorzugt in einem Bereich zwischen 0,1 mm bis 1,0 mm.
Vorteilhaft legt dieser Wert für die erste Abmessung L1 zusammen mit der Brennweite f der Kollektoroptik OS1 die kleinste erreichbar zweite numerische Apertur NA(SE2) fest. Die erste Abmessung L1 kann in einer Ausführungsform einen Wert von 0,3 mm oder 0,5 mm aufweisen.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist der erste Strahlquerschnitt kreisförmig ausgebildet.
Vorteilhaft ist der erste Strahlquerschnitt rotationssymmetrisch. Dadurch ist auch der zweite Strahlquerschnitt auf dem zweiten streuenden Element SE2 rotationssymmetrisch.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist das erste streuende Element SE1 auf einem Wechsler angeordnet, wobei der Wechsler mindestens zwei erste streuende Element SE1 umfasst, die jeweils eine unterschiedliche Streuwirkung aufweisen.
Vorteilhaft ist das erste streuende Element SE1 durch mindestens ein anderes streuendes erstes Element mit einer unterschiedlichen Streuwirkung tauschbar. Durch den Wechsel ist eine andere erste numerische Apertur NA(SE1) einstellbar. Vorteilhaft kann damit auch der zweite Strahlquerschnitt auf dem zweiten streuenden Element SE2 eingestellt werden. Dies ist eine Einstellmöglichkeit für den Lichtleitwert im ersten Leuchtfeld.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Kollektoroptik OS1 durch eine einzelne Linse ausgebildet.
Vorteilhaft ist eine kompakte Anordnung der Lichtquelleneinheit möglich. Der Abstand zwischen dem ersten streuenden Element SE1 und dem zweiten streuenden Element SE2 kann durch eine einlinsige Kollektoroptik OS1 gering sein.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Kollektoroptik OS1 asphärisch ausgebildet.
Vorteilhaft können Abbildungsfehler verringert oder sogar vermieden werden.
In einer Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Kollektoroptik OS1 mindestens zwei Linsen, wobei die Brennweite der Kollektoroptik OS1 einen festen Wert aufweist.
Die Kollektoroptik OS1 ist mehrlinsig mit einer festen Brennweite ausgebildet. Vorteilhaft kann die Kollektoroptik OS1 bei guter Abbildungsqualität ohne asphärische Linsen ausgebildet werden und ist dennoch relativ kompakt.
In einer Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Kollektoroptik OS1 mindestens zwei Linsen, sodass die Brennweite der Kollektoroptik OS1 variabel einstellbar ist.
Die Kollektoroptik OS1 ist mehrlinsig mit einer variablen Brennweite ausgebildet. Vorteilhaft ist der zweite Strahlquerschnitt in der zweiten Ebene auf dem zweiten streuenden Element SE2 in der Größe einstellbar. Bei einer variablen Brennweitenänderung ist die Anpassung des zweiten Strahlquerschnitts kontinuierlich möglich.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen der Kollektoroptik OS1 und dem zweiten streuenden Element SE2 ein afokales Zoomsystem angeordnet.
Das afokale Zoomsystem bildet eine variable Optik, die auf der optischen Achse zwischen der Kollektoroptik OS1 und dem zweiten streuenden Element SE2 angeordnet ist. Die variable Optik wird auch als Pankrat bezeichnet. Die Kombination der Kollektoroptik OS1 mit fester Brennweite und eines afokalen Zoomsystem bildet eine Ausführungsform für eine mehrlinsige Kollektoroptik OS1 mit einer variablen Brennweite.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist das zweite streuende Element SE2 eine Streuscheibe. Eine Streuscheibe ist kostengünstig.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist das zweite streuende Element SE2 ein diffraktives optisches Element.
Durch ein diffraktives optisches Element (DOE) ist das Streuverhalten auslegbar. Die Winkelverteilung kann gezielt beeinflusst werden. Das diffraktive optische Element kann derart gestaltet werden, dass eine homogene Verteilung bewirkt wird. In einer Ausführungsform kann auch eine mittenbetonte Verteilung eingestellt werden.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist das zweite streuende Element SE2 durch ein Mikrolinsenarray gebildet.
Durch ein Mikrolinsenarray kann vorteilhaft eine sehr homogene Verteilung bewirkt werden.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist das zweite streuende Element SE2 durch einen Wabenkondensor gebildet.
Durch einen Wabenkondensor kann vorteilhaft eine sehr homogene Verteilung bewirkt werden. Ein Wabenkondensor kann eine Spezialform eines Mikrolinsenarrays darstellen.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die streuende Wirkung des zweiten streuenden Elements SE2 über dessen Fläche konstant.
Vorteilhaft ist das zweite streuende Element kostengünstig.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die streuende Wirkung des zweiten streuenden Elements SE2 über dessen Fläche unterschiedlich.
Vorteilhaft ist eine Änderung der Wirkung über den zweiten Strahlquerschnitt möglich. Vorteilhaft ist durch eine lateralen Verschiebung oder Drehung des zweiten streuenden Elements SE2 die Streuwirkung veränderbar.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die streuende Wirkung des zweiten streuenden Elements SE2 über dessen Fläche als mindestens zwei disjunkte Bereiche unterschiedlicher Streuwirkung ausgebildet.
Die disjunkten Bereiche, die sich nicht überschneiden, haben jeweils eine unterschiedliche Streuwirkung. Vorteilhaft kann das zweite streuende Element SE2 platzsparend gegenüber einem Wechsler mit separaten Einsätzen für unterschiedliche Streuelement eingesetzt werden.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die streuende Wirkung des zweiten streuenden Elements SE2 über dessen Fläche in einem zweidimensionalen Gebiet entlang einer Richtung als Wirkungsverlauf zwischen einer kleinsten und einer größten Wirkung ausgebildet.
Vorteilhaft ist eine Änderung der streuenden Wirkung über die Fläche erreichbar. Zudem ist durch eine laterale Verschiebung des zweiten streuenden Elements SE1 ein anderer Wirkbereich zwischen der kleinsten und der größten Wirkung einstellbar. Der Wirkungsverlauf kann linear sein, sodass eine kontinuierliche Änderung der Streuwirkung erreichbar ist. Das zweidimensionale Gebiet kann als Rechteck ausgebildet sein, sodass eine Änderung der Streuwirkung von einem Ende des Strahlquerschnitts zu dem anderen Ende des Strahlquerschnitts definierbar ist.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die streuende Wirkung des zweiten streuenden Elements SE2 über dessen Fläche als Ringbereich mit einem azimutalen Wirkungsverlauf zwischen einer kleinsten und einer größten Wirkung ausgebildet.
Der azimutale Wirkungsverlauf kann linear sein. Vorteilhaft ist eine kontinuierliche Änderung der streuenden Wirkung durch eine Rotation des zweiten streuenden Elements SE2 erreichbar. In einer ersten Variante kann die Drehachse im Zentrum des Strahlquerschnitts liegen. In einer zweiten Variante kann die Drehachse außerhalb des Strahlquerschnitts liegen.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die streuende Wirkung des zweiten streuenden Elements SE2 über dessen Fläche als mehrere konzentrische disjunkte Ringbereiche mit unterschiedlichen kleinsten und größten Wirkungen mit jeweils einem azimutalen Wirkungsverlauf zwischen einer kleinsten und einer größten Wirkung ausgebildet.
Vorteilhaft ist eine kontinuierliche Änderung der streuenden Wirkung erreichbar, wobei gleichzeitig eine Wirkungsänderung vom Zentrum zum Randbereich des ersten Strahlquerschnitts erfolgt.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist das zweite streuende Element SE2 auf einem Wechsler angeordnet, wobei der Wechsler mindestens zwei zweite streuende Element SE2 umfasst, die jeweils eine unterschiedliche Streuwirkung aufweisen.
Vorteilhaft ist das zweite streuende Element SE2 durch mindestens ein anderes zweites streuendes Element mit einer unterschiedlichen Streuwirkung tauschbar. Durch den Wechsel ist eine andere zweite numerische Apertur NA(SE2) einstellbar. Dies ist eine Einstellmöglichkeit für den Lichtleitwert im ersten Leuchtfeld.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist im Strahlengang nach dem zweiten streuenden Element SE2 eine Abbildungsoptik angeordnet.
Vorteilhaft ist im optischen Strahlengang nach dem zweiten streuenden Element, d. h. im weiteren Verlauf des Beleuchtungsstrahlengangs entlang der optischen Achse zwischen dem zweiten streuenden Element und einer Lichtquellenausgangsebene, eine Abbildungsoptik angeordnet. Die Abbildungsoptik bewirkt eine Anpassung des ersten Leuchtfeldes an eine Lichtquellenausgangsebene. Durch die Abbildungsoptik kann das erste Leuchtfeld oder dessen Fernfeld in die Lichtquellenausgangsebene abgebildet werden. In der Lichtquellenausgangsebene kann ein Lichtleiter oder ein Lichtleiterfaserbündel angeordnet sein.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Abbildungsoptik als eine endliche Abbildungsoptik ausgebildet, die das erste Leuchtfeld mit einem Abbildungsmaßstab Beta in eine Lichtquellenausgangsebene abbildet.
Die Abbildungsoptik bildet das erste Leuchtfeld in die Lichtquellenausgangsebene ab. Der Abbildungsmaßstab Beta kann ein positives oder negatives Vorzeichen haben. Die Abbildungsoptik wandelt das erste Leuchtfeld in ein skaliertes Leuchtfeld in der Lichtquellenausgangsebene um. Das skalierte Leuchtfeld hat eine um den Faktor | Beta | (Betrag von Beta) veränderte Ausdehnung, bzw. Abmessung, und eine um den Faktor | 1 / Beta | (Betrag von 1 geteilt durch Beta) veränderte numerische Apertur gegenüber dem ersten Leuchtfeld. Da eine Ausdehnung, bzw. Abmessung, immer einen positiven Wert hat, ist der Betrag von Beta angegeben. Die Abbildungsoptik bildet eine Möglichkeit, das Licht des ersten Leuchtfeldes lichtleitwerterhaltend an den Ort des Lichtquellenausgangs zu transportieren, so dass es dort von einer Folgeoptik oder einem Lichtleitelement mit einem Lichtleitwert, der größer oder gleich dem des ersten Leuchtfeldes ist, effizient aufgenommen werden kann.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Abbildungsoptik als eine beidseitig telezentrische Abbildungsoptik ausgebildet.
Dies ist vorteilhaft für die Einkopplung kleiner numerischer Aperturen in eine Beleuchtungsoptik oder in einen Lichtleiter oder ein Lichtleiterfaserbündel in der Lichtquellenausgangsebene an dem Lichtquellenausgang. Dabei kann die Eintrittspupille der Beleuchtungsoptik oder eine Lichteintrittsebene des Lichtleiters oder des Lichtleiterfaserbündels mit der Lichtquellenausgangsebene zusammenfallen.
In einer Ausgestaltung der Erfindung weist die endliche Abbildungsoptik einen Verkleinerungsmaßstab auf, wobei der Betrag von Beta in einem Bereich zwischen größer oder gleich 0,1 und kleiner oder gleich 0,5 liegt.
Vorteilhaft ist die Abbildung des Querschnitts des ersten Leuchtfeldes auf einen am Lichtquellenausgang angeordneten Lichtleiter oder ein dort angeordnetes Lichtleiterbündel optimal. Ist der Strahlquerschnitt des ersten Leuchtfeldes rund, erfolgt eine Abbildung des Leuchtfelddurchmessers auf einen runden Durchmesser in der Lichtquellenausgangsebene. Der Durchmesser des Lichtleiters oder des Lichtleiterbündels beträgt beispielsweise 5 mm.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Abbildungsoptik als eine kollimierende Abbildungsoptik ausgebildet.
Durch eine kollimierende Abbildungsoptik kann vorteilhaft das Fernfeld des ersten Leuchtfeldes lichtleitwerterhaltend in die Lichtquellenausgangsebene abgebildet werden.
In einer Ausgestaltung der Erfindung umfasst die kollimierende Abbildungsoptik eine zweite Kollektoroptik mit einer zweiten Brennweite f2.
Die zweite Kollektoroptik mit einer zweiten Brennweite f2 bildet das Fernfeld des ersten Leuchtfeldes in eine Lichtquellenausgangsebene ab. Vorteilhaft ist im optischen Strahlengang nach dem zweiten streuenden Element, d. h. im weiteren Verlauf des Beleuchtungsstrahlengangs entlang der optischen Achse zwischen dem zweiten streuenden Element und der Lichtquellenausgangsebene, eine zweite Kollektoroptik mit der Brennweite f2 angeordnet. Die zweite Kollektoroptik kollimiert das erste Leuchtfeld und bildet dessen Fernfeld (Winkelverteilung) als transformiertes Leuchtfeld in die Lichtquellenausgangsebene ab. Die dritte Abmessung L3, bzw. der Durchmesser bei einem runden Strahlquerschnitt, des transformierten Leuchtfeldes kann hier über die zweite numerische Apertur NA(SE2) des ersten Leuchtfeldes eingestellt werden und hat den Wert: L3 = 2 x f2 x NA(SE2).
Die numerische Apertur des transformierten Leuchtfeldes kann über die zweite Abmessung L2 auf dem zweiten streuenden Element, bzw. des ersten Leuchtfeldes, eingestellt werden und hat den Wert: NA(L2) = (L2 / 2 / f2). Die zweite Kollektoroptik bildet eine weitere Möglichkeit, das Licht des ersten Leuchtfeldes lichtleitwerterhaltend an den Ort des Lichtquellenausgangs zu transportieren, so dass es dort von einer Folgeoptik oder einem Lichtleitelement mit einem Lichtleitwert, der größer oder gleich dem des ersten Leuchtfeldes ist, effizient aufgenommen werden kann.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die zweite Kollektoroptik kollimierend ausgebildet und weist eine zweite Brennweite f2 auf, die in einem Bereich zwischen 8 mm und 30 mm liegt.
Vorteilhaft ist die Abbildung der maximalen numerischen Apertur NAmax(SE2) des ersten Leuchtfeldquerschnitts, bzw. Leuchtfelddurchmessers bei einem runden Querschnitt, auf einen am Lichtquellenausgang angeordneten Lichtleiter oder Lichtleiterbündel optimal. Der Durchmesser des Lichtleiters oder des Lichtleiterbündels am Lichtquellenausgang beträgt beispielsweise 5 mm.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist nach dem zweiten streuenden Element SE2 ein optisches Einkoppelelement angeordnet.
Vorteilhaft kann zusätzlich zum Beleuchtungslicht des ersten Leuchtfeldes das Beleuchtungslicht einer anderen Lichtquelle in den Strahlengang eingekoppelt werden.
In einer Ausgestaltung der Erfindung weist die Abbildungsoptik mindestens zwei Optikelemente auf und ein optisches Einkoppelelement zwischen den mindestens zwei Optikelementen angeordnet ist.
Vorteilhaft kann zusätzlich zum Beleuchtungslicht des ersten Leuchtfeldes das Beleuchtungslicht einer weiteren Lichtquelle in den Strahlengang eingekoppelt werden. Eine kompaktere Bauform ist erreichbar. Ein weiterer Vorteil ist, dass eine Feldkorrektur erleichtert wird, wenn das erste optische Element der Abbildungsoptik nahe am zweiten streuenden Element SE2 angeordnet werden kann.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist nach dem zweiten streuenden Element SE2 ein optisches Einkoppelelement angeordnet, so dass das erste Leuchtfeld und ein zweites Leuchtfeld eines zweiten Beleuchtungsstrahlengangs koppelbar sind und das gekoppelte Beleuchtungslicht nach dem Einkoppelelement in einem gemeinsamen Strahlengang zu der Lichtquellenausgangsebene geführt ist.
Auf diese Weise können zwei unterschiedliche Beleuchtungslichtquellen gekoppelt werden. Das Beleuchtungslicht der Lichtquelleneinheit gemäß der Erfindung ist mit einer anderen Lichtquelle koppelbar. Das Beleuchtungslicht beider Lichtquellen ist jeweils durch das erste Leuchtfeld und das zweite Leuchtfeld repräsentiert. Das Beleuchtungslicht beider Leuchtfelder wird durch das Koppelelement gekoppelt. Die Summe der Wellenlängenbereiche der beiden Lichtquellen steht an der Lichtquellenausgangsebene zur Verfügung. Das gekoppelte Beleuchtungslicht kann in eine Beleuchtungsoptik, beispielsweise ein Lichtleiter oder ein Lichtleiterfaserbündel, eingekoppelt und gemeinsam zu einer Objektebene geführt werden.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist das zweite Leuchtfeld das Leuchtfeld einer Weißlichtquelle.
Vorteilhaft kann das Beleuchtungslicht einer Weißlichtquelle mit dem Beleuchtungslicht der Laserlichtquelle gekoppelt werden und in einem gemeinsamen Strahlengang zu dem Beobachtungsbereich mit der Objektebene geführt werden. Das Beleuchtungslicht zur Fluoreszenzanregung ist mit einer Weißlichtbeleuchtung koppelbar. Das Leuchtfeld am Lichtquellenausgang umfasst das konstante zweite Leuchtfeld der Weißlichtquelle und das in Ausdehnung und numerischer Apertur variable und monochromatische erste Leuchtfeld der Laserlichtquelle. Vorteilhaft können beide Lichtquellen unabhängig voneinander in der Intensität geregelt werden. Eine Intensität kann auch zeitlich geregelt werden, beispielsweise können eine oder beide Lichtquellen gepulst sein.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist das zweite Leuchtfeld das Leuchtfeld einer Laserlichtquelle.
Vorteilhaft können zwei Laserlichtquellen kombiniert werden. Die zwei Laserlichtquellen können unterschiedliche multiple Wellenlängen aufweisen.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Laserlichtquelle ein Singlemode-Laser.
Ein Singlemode-Laser erzeugt stärkere Speckle-Effekte als andere Laserarten. Dies ist vorteilhaft, wenn eine auf Speckle beruhende Beobachtungsmethode eingesetzt wird.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Laserlichtquelle ein Multimode-Laser.
Ein Multimode-Laser hat eine hohe Leistungsabgabe. Die Leistung ist höher, als bei Singlemode-Lasern. Ein Multimode-Laser erzeugt geringere Speckle-Effekte als ein Singlemode-Laser.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Laserlichtquelle ein Multimode-Laser mit einer Beugungsmaßzahl M² in einem Bereich zwischen 30 und 50.
Vorteilhaft steht eine hohe Lichtleistung bei geringen Speckle-Effekten zur Verfügung.
In einer Ausgestaltung der Erfindung hat die Laserlichtquelle eine zentrale Wellenlänge aus der Gruppe 405 nm, 450 nm, 750 nm oder 800 nm.
Diese Wellenlängen sind zur Fluoreszenzanregung besonders gut geeignet. Die Wellenlänge kann vorteilhaft an den Anwendungsbereich angepasst werden.
In einer Ausgestaltung der Erfindung weist die Laserlichtquelle eine zentrale Wellenlänge in einem Bereich zwischen 390 nm und 470 nm auf.
Vorteilhaft kann eine Fluoreszenzanregung im Wellenlängenbereich des nahen UV bewirkt werden.
In einer Ausgestaltung der Erfindung weist die Laserlichtquelle eine zentrale Wellenlänge in einem Bereich zwischen 400 nm und 450 nm auf.
Vorteilhaft kann eine Fluoreszenzanregung im Wellenlängenbereich des nahen UV bewirkt werden.
In einer Ausgestaltung der Erfindung beträgt die zentrale Wellenlänge der Laserlichtquelle 407 nm.
Diese Wellenlänge ist zur Fluoreszenzanregung besonders gut geeignet.
In einer Ausgestaltung der Erfindung weist die Laserlichtquelle eine zentrale Wellenlänge in einem Bereich zwischen 700 nm und 850 nm auf.
Vorteilhaft kann eine Fluoreszenzanregung im Wellenlängenbereich des nahen Infrarot bewirkt werden
In einer Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Laserlichtquelle mindestens zwei Laserlichtquellenmodule, deren Laserlicht vereint zu dem ersten streuenden Element SE1 geführt ist.
Die mindestens zwei Laser können jeweils einzeln oder gemeinsam aktiviert sein. Damit kann die Lichtleistung erhöht und/oder der Wellenlängenbereich erweitert werden.
In einer Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Laserlichtquelle mindestens zwei Laserlichtquellenmodule, die Laserlicht im gleichen Wellenlängenbereich abstrahlen.
Vorteilhaft kann damit die Lichtleistung in einem Wellenlängenbereich addiert werden.
In einer Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Laserlichtquelle mindestens zwei Laserlichtquellenmodule, die Laserlicht in einem unterschiedlichen Wellenlängenbereich abstrahlen.
Vorteilhaft stehen mindestens zwei verschiedene Anregungswellenlängen zur Verfügung. Die mindestens zwei Laserlichtquellenmodule können dazu jeweils einzeln oder gemeinsam aktiviert sein.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist das Laserlicht von mindestens zwei Laserlichtquellenmodulen durch einen Strahlteiler gekoppelt.
Vorteilhaft ist ein Strahlteiler zur Einkopplung des Laserlichts einer weiteren Laserquelle bei einer Anordnung der Laser in einer Winkelposition, insbesondere einer 90°-Position, vorteilhaft.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist das Laserlicht von mindestens zwei Laserlichtquellenmodulen durch einen Faserkoppler gekoppelt.
Vorteilhaft kann das Laserlicht der mindestens zwei Laser platzsparend gekoppelt werden. Die Laser können in einer beliebigen Winkelposition, auch parallel zueinander, angeordnet sein.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist das abgestrahlte Laserlicht der mindestens zwei Laserlichtquellenmodule durch ein Fokussierelement auf dem ersten streuenden Element SE1 fokussiert.
Vorteilhaft können die mindestens zwei Laserlichtquellenmodule kollimiert angeordnet werden.
In einer Ausgestaltung der Erfindung sind mindestens vier Laserlichtquellenmodule quadratisch oder kreuzförmig angeordnet.
Vorteilhaft ist die Laserlichtquelle kompakt.
In einer Ausgestaltung der Erfindung sind mindestens fünf Laserlichtquellenmodule ringförmig um eine optische Achse angeordnet.
Vorteilhaft ist der Einstrahlwinkel auf das erste streuende Element SE1 für alle Laserlichtquellenmodule gleich.
In einer Ausgestaltung der Erfindung sind mindestens fünf Laserlichtquellenmodule kreisförmig angeordnet, wobei ein Laserlichtquellenmodul auf der optischen Achse angeordnet ist.
Vorteilhaft ist die Laserlichtquelle kompakt.
In einer Ausgestaltung der Erfindung hat die Laserlichtquelle mindestens zwei Laserlichtquellenmodule mit unterschiedlichen zentralen Wellenlängen aus der Gruppe 405 nm, 450 nm, 750 nm oder 800 nm.
Diese Wellenlängen sind zur Fluoreszenzanregung besonders gut geeignet. Die Wellenlänge ist vorteilhaft an den Anwendungsbereich anpassbar.
In einer Ausgestaltung der Erfindung hat die Laserlichtquelle mindestens zwei Laserlichtquellenmodule mit unterschiedlichen zentralen Wellenlängen, wobei ein erstes Laserlichtquellenmodul eine Wellenlänge im Bereich zwischen 390 nm und 470 nm aufweist und ein zweites Laserlichtquellenmodul eine Wellenlänge in einem Bereich zwischen 700 nm und 850 nm aufweist.
Vorteilhaft können damit eine Fluoreszenzanregung im nahen UV und im nahen Infrarot bewirkt werden.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist in der Lichtquellenausgangsebene ein Lichtleiter oder ein Lichtleiterfaserbündel angeordnet.
Vorteilhaft ist das Beleuchtungslicht der Lichtquelle in einen Lichtleiter oder ein Lichtleiterfaserbündel einkoppelbar.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist in der Lichtquellenausgangsebene ein strukturierter Lichtleiter oder ein strukturiertes Lichtleitfaserbündel angeordnet ist.
Ein strukturierter Lichtleiter oder ein strukturiertes Lichtleitfaserbündel ist besonders vorteilhaft, wenn der nachfolgende Beleuchtungsstrahlengang als Spot-Beleuchtungsstrahlengang ausgebildet ist. Dann kann durch geeignete Einstellung von numerischer Apertur und Ausdehnung, bzw. Abmessung, der resultierenden Leuchtfläche am Lichtquellenausgang in der Lichtquellenausgangsebene die Ausdehnung des Leuchtfeldes in der Objektebene eingestellt werden. Die Konzentration des Beleuchtungslichtes in der Objektebene ist in der Lichtquelleneinheit einstellbar.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist in der Lichtquellenausgangsebene ein Lichtleiterfaserbündel angeordnet, das ein Mehrbereichslichtleiter oder ein Mehrbereichslichtleiterfaserbündel bildet.
Ein Mehrbereichslichtleiterfaserbündel umfasst mindestens zwei abgegrenzte Bereiche mit jeweils ungeordneten Lichtleitfasern. Ein Mehrbereichslichtleiter oder ein Mehrbereichslichtleiterfaserbündel stellt eine vereinfachte und günstigere Alternative zu geordneten Lichtleitern oder Lichtleiterfaserbündeln dar.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist in der Lichtquellenausgangsebene ein Lichtleiterfaserbündel angeordnet, das mindestens zwei abgegrenzte Bereiche mit jeweils ungeordneten Lichtleitfasern aufweist.
Diese Ausführung ist kostengünstig und besonders vorteilhaft, wenn der nachfolgende Beleuchtungsstrahlengang als Spot-Beleuchtungsstrahlengang ausgebildet ist. Dann kann durch geeignete Einstellung von numerischer Apertur und Ausdehnung, bzw. Abmessung, der resultierenden Leuchtfläche am Lichtquellenausgang in der Lichtquellenausgangsebene die Ausdehnung des Leuchtfeldes in der Objektebene eingestellt werden. Die Konzentration des Beleuchtungslichtes in der Objektebene ist in der Lichtquelleneinheit einstellbar.
In einer Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Lichtleiterfaserbündel mindestens zwei abgegrenzte Bereiche mit jeweils ungeordneten Lichtleitfasern, wobei die mindestens zwei abgegrenzten Bereiche konzentrisch angeordnet sind.
Diese Ausführungsform ist einfach herstellbar und kostengünstig.
In einer Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Lichtleiterfaserbündel mindestens zwei abgegrenzte Bereiche, wobei jede Lichtleitfaser in einem Bereich gleich ausgestaltet ist.
Die gleiche Ausgestaltung der Lichtleitfasern bedeutet, dass diese in Form, Querschnitt und den optischen Eigenschaften, beispielsweise für den Wert der numerischen Apertur, alle gleichartig sind. Damit ist das Lichtleiterfaserbündel kostengünstig.
In einer Ausgestaltung der Erfindung umfasst ein Operationsmikroskop mit einem Beleuchtungsstrahlengang eine erfindungsgemäße Lichtquelleneinheit.
Vorteilhaft kann die Lichtquelleneinheit an den Beleuchtungsstrahlengang eines Operationsmikroskops angeschlossen werden, ohne dass der Beleuchtungsstrahlengang im Operationsmikroskop verändert werden muss. Damit kann die erfindungsgemäße Lichtquelle mit einer bestehenden Lichtquelle gekoppelt werden oder eine bestehende Lichtquelleneinheit ersetzen.
In einer Ausgestaltung der Erfindung bildet der Beleuchtungsstrahlengang des Operationsmikroskops eine Köhler-Beleuchtung.
Der Beleuchtungsstrahlengang des Operationsmikroskops bildet eine Köhler-Beleuchtung oder eine köhlerartige Beleuchtung. Vorteilhaft ist die Lichtquelleneinheit derart ausgebildet, dass diese zusammen mit einem Köhler-Beleuchtungsstrahlengang in einem Operationsmikroskop eine sehr gute Beleuchtungslichtqualität in der Objektebene erreicht. Die Regelung eines Leuchtfelddurchmessers im Objektfeld, bzw. in der Objektebene, des Operationsmikroskops kann vorteilhaft durch eine Einstellung oder Variation der numerischen Apertur am Lichtquellenausgang erfolgen.
Bei der Köhler-Beleuchtung kollimiert der vordere Strahlengang der Beleuchtungsoptik das Licht aus der Eintrittspupille und bildet dessen Fernfeld auf eine erste Leuchtfeldebene E1 ab. Die Eintrittspupille definiert den Eingang der Beleuchtungsoptik und kann durch das Ende eines Lichtleiters oder eines Lichtleiterfaserbündels gebildet sein, wobei der Eingang des Lichtleiters in der Lichtquellenausgangsebene angeordnet ist. Die erste Leuchtfeldebene E1 liegt durch einen nachfolgenden Strahlengang konjugiert zur zu beleuchtenden Objektebene. Die beleuchtete Objektebene bildet eine zweite Leuchtfeldebene E2.
Eine Veränderung der numerischen Apertur der Lichtquelleneinheit am Lichtquellenausgang wirkt sich auf das Leuchtfeld in der Objektebene aus. Wenn das sich ergebende Leuchtfeld auf der ersten Leuchtfeldebene E1 in der Größe reduziert wird, dann reduziert sich auch die Größe des zweiten Leuchtfeldes in der Objektebene. Die Größe des ersten Leuchtfeldes auf der ersten Leuchtfeldebene E1 ist proportional zur numerischen Apertur des Lichtes aus der Austrittspupille. Daher kann man bei der Köhler-Beleuchtung oder einer köhlerartigen Beleuchtungsoptik durch Reduktion der numerischen Apertur aus der Lichtquelleneinheit vorteilhaft eine Lichtkonzentration in der Objektebene bewirken.
Vorteilhaft besteht durch die erfindungsgemäße Lichtquelleneinheit die Möglichkeit, die numerische Apertur am Ausgang bis zu einem minimalen Wert reduzieren zu können, ohne dabei die Ausdehnung des Leuchtfeldes am Lichtquellenausgang in der Lichtquellenausgangsebene zu vergrößern. Dadurch vermeidet man Vignettierungsverluste am Lichtquellenausgang oder im folgenden Beleuchtungssystem. Die Beleuchtungsvorrichtung insgesamt hat einen hohen Wirkungsgrad. Die Lichtkonzentration ist im Idealfall lichtstromerhaltend.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist der Beleuchtungsstrahlengang des Operationsmikroskops als Spot-Beleuchtungsstrahlengang ausgestaltet.
Bei einem Spot-Beleuchtungsstrahlengang wird eine Leuchtfeldblendenebene mit optionaler Leuchtfeldblende von jedem Punkt der Lichtquelle unkollimiert bestrahlt und von einer Linse oder einem Linsensystem positiver Brechkraft in die konjugierte Leuchtfeldebene abgebildet. Zum Beispiel kann sich eine Lichtquelle in einem Abstand direkt vor der Leuchtfeldblende befinden. In einer Ausführungsform kann die beleuchtete Leuchtfeldblende erst von einem Kollektor nach Unendlich und dann von einem Objektiv in dessen Brennebene als Leuchtfeld abgebildet werden. Bei diesem Beleuchtungsoptiktyp haben Durchmesser und numerische Apertur der Lichtquelle Einfluss auf den ausgeleuchteten Leuchtfeldbereich. Für eine deutliche Lichtkonzentration ist es besonders vorteilhaft, Durchmesser und Apertur der Lichtquelle gleichzeitig zu reduzieren.
Vorteilhaft ist die Lichtquelleneinheit derart ausgebildet, dass diese zusammen mit einem Spot-Beleuchtungsstrahlengang in einem Operationsmikroskop eine sehr gute Beleuchtungslichtqualität in der Objektebene erreicht. Die Regelung eines Leuchtfelddurchmessers im Objektfeld, bzw. in der Objektebene, des Operationsmikroskops kann vorteilhaft durch eine Einstellung der numerischen Apertur und des Leuchtfelddurchmessers am Lichtquellenausgang erfolgen.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist ein Lichtleiter oder ein Lichtleiterfaserbündel zwischen dem Lichtquellenausgang und dem Beleuchtungsstrahlengang des Operationsmikroskops angeordnet.
Vorteilhaft kann die Lichtquelle von dem Operationsmikroskop weiter entfernt angeordnet sein. Dies spart Bauraum im Operationsmikroskop und reduziert eine mögliche thermische Belastung durch eine Beleuchtungslichtquelle im Operationsmikroskop.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden in Bezug auf die nachfolgenden Zeichnungen erklärt, in welchen zeigen:

1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Beleuchtungsvorrichtung für ein Operationsmikroskop mit einer Laserlichtquelle in einer schematischen Darstellung;
2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Beleuchtungseinrichtung für ein Operationsmikroskop mit einer Laserlichtquelle und einer RGB-Weißlichtquelle in einer schematischen Darstellung;
3A eine schematische Darstellung der Grundelemente einer Beleuchtungsvorrichtung für ein Operationsmikroskop mit einer Laserlichtquelle;
3B eine schematische Darstellung der Grundelemente einer Beleuchtungsvorrichtung für ein Operationsmikroskop mit einer Laserlichtquelle mit einem afokalen Zoomsystem;
3C eine Ausführungsvariante einer Abbildungsoptik als beidseitig telezentrische Abbildungsoptik mit Abbildungsmaßstab Beta in einer schematischen Darstellung;
3D eine Ausführungsvariante einer Abbildungsoptik als kollimierende Abbildungsoptik in einer schematischen Darstellung;
4A ein drittes Ausführungsbeispiel einer Beleuchtungseinrichtung für ein Operationsmikroskop mit einer Laserlichtquelle mit einem afokalen Zoomsystem in einer ersten Zoomstellung und einer beidseitig telezentrischen Abbildungsoptik mit Abbildungsmaßstab Beta in einer schematischen Darstellung;
4B das drittes Ausführungsbeispiel gemäß 4A in einer zweiten Zoomstellung des afokalen Zoomsystems;
5A ein viertes Ausführungsbeispiel einer Beleuchtungseinrichtung für ein Operationsmikroskop mit einer Laserlichtquelle mit einem afokalen Zoomsystem in einer ersten Zoomstellung und einer kollimierenden Abbildungsoptik in einer schematischen Darstellung;
5B das vierte Ausführungsbeispiel gemäß 5A in einer zweiten Zoomstellung des afokalen Zoomsystems;
6 ein fünftes Ausführungsbeispiel einer Beleuchtungseinrichtung für ein Operationsmikroskop mit einer Laserlichtquelle, einer Weißlichtquelle und einer beidseitig telezentrischen Abbildungsoptik in einer schematischen Darstellung;
7 ein sechstes Ausführungsbeispiel einer Beleuchtungseinrichtung für ein Operationsmikroskop mit einer Laserlichtquelle, einer Weißlichtquelle und einer kollimierenden Abbildungsoptik in einer schematischen Darstellung;
8A eine Anordnung von kollimiert angeordneten Laserlichtquellenmodulen, deren Beleuchtungslicht durch ein Fokussierelement 804 auf dem ersten streuenden Element SE1 fokussiert ist;
8B eine Anordnung von Laserlichtquellenmodulen, deren Beleuchtungslicht direkt auf dem ersten streuenden Element SE1 fokussiert ist;
8C vier Ausführungsbeispiele einer Anordnung von Laserlichtquellenmodulen senkrecht zu einer optischen Achse;
9A ein erstes Ausführungsbeispiel für ein Lichtleiterfaserbündel, das als Zweibereichsfaserbündel ausgebildet ist;
9B die Verwendung eines Zweibereichsfaserbündels gemäß der 9A;
9C ein zweites Ausführungsbeispiel für ein Lichtleiterfaserbündel, das als Mehrbereichsfaserbündel ausgebildet ist.

Die 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer Beleuchtungsvorrichtung 100 für ein Operationsmikroskops mit einer Laserlichtquelle in einer schematischen Darstellung.
Eine Laserlichtquelle 101 ist entlang einer ersten optischen Achse 102 angeordnet. Die Laserlichtquelle 101 umfasst eine Kollimatoroptik. Das von der Laserlichtquelle 101 mit der Kollimatoroptik abgestrahlte kollimierte Laserlicht 103 wird durch eine Fokusoptik 104 auf ein erstes streuendes Element SE1 fokussiert, das mit dem Bezugszeichen 106 bezeichnet ist. Das erste streuende Element SE1 106 ist durch eine erste Streuscheibe gebildet. Ein fokussiertes Laserlicht 105 bildet in einer ersten Ebene 107 auf dem ersten streuenden Element SE1 106 einen fokussierten ersten Strahlquerschnitt 108 mit einer ersten Abmessung L1. Der Strahlquerschnitt ist rund, deshalb kann die erste Abmessung L1 durch den Durchmesser des fokussierten Lichtpunktes angegeben werden. Der Durchmesser des ersten Strahlquerschnitts 108 hat einen Wert von ungefähr 0,3 mm.
Nach dem ersten streuenden Element SE1 106 ist entlang der ersten optischen Achse 102 eine Kollektoroptik OS1 angeordnet, die mit dem Bezugszeichen 110 bezeichnet ist. Die Kollektoroptik OS1 110 hat eine Brennweite f_OS1 und einen ersten Brennpunkt P1.
Das Zentrum des fokussierten Laserlichtes in der ersten Ebene auf dem ersten streuenden Element SE1 106 liegt auf dem vorderen ersten Brennpunkt P1 der Kollektoroptik OS1 110. Durch die Streuwirkung des ersten streuenden Elements SE1 106 wird das gestreute Licht in einen Raumwinkel abgestrahlt und es ist ein aufgefächertes erstes gestreutes Strahlenbündel 109 mit einer ersten numerischen Apertur NA(SE1) ausgebildet, dass durch die Kollektoroptik OS1 110 kollimiert auf ein zweites streuendes Element SE2 112 abgebildet wird.
Das zweite streuende Element SE2 112 ist durch eine zweite Streuscheibe gebildet. Die Kollektoroptik OS1 110 bildet das von dem ersten streuenden Element SE1 106 ausgehende Strahlbündel nach unendlich ab. Das Strahlenbündel ist nach der Kollektoroptik OS1 110 in einem kollimierten Strahlengang 111 geführt. In einer zweiten Ebene 113, am Ort des zweiten streuenden Elements SE2 112, ist das Strahlbündel durch die geringe Ausdehnung des ersten Strahlquerschnitts 108 in der ersten Ebene 107 gegenüber der Brennweite f_OS1 der Kollektoroptik OS1 110 gut kollimiert.
Auf dem zweiten streuenden Element SE2 112, in der zweiten Ebene 113, hat das kollimierte Beleuchtungslicht einen deutlich größeren zweiten Strahlquerschnitt mit der zweiten Abmessung L2. Der zweite Strahlquerschnitt mit der zweiten Abmessung L2 ist abhängig vom Streuwinkelbereich der ersten Streuscheibe SE1 106 und der Brennweite f der Kollektoroptik OS1 110. Der Strahlquerschnitt in der zweiten Ebene 113 ist rund, deshalb hat die zweite Abmessung L2 den Wert des Durchmessers des Strahlquerschnitts. Der zweite Strahlquerschnitt hat am Ort des zweiten streuenden Elements SE2 112 den gleichen Querschnitt wir der kollimierte Strahlengang 111.
Das kollimierte Strahlenbündel erzeugt in der zweiten Ebene 113 auf dem zweiten streuenden Element SE2 112 eine große Anzahl kleiner Lichtzentren, die jeweils ein gestreutes Strahlbündel in einen Raumwinkelbereich abstrahlen. Die streuende Wirkung des zweiten streuenden Elements SE2 112 erzeugt somit an jeder Stelle im zweiten Strahlquerschnitt in der zweiten Ebene 113 des zweiten streuenden Elements SE2 112 jeweils ein Strahlbündel abgestrahlten Beleuchtungslichts mit einer zweiten numerischen Apertur NA(SE2). Diese Strahlbündel des Beleuchtungslichts sind mit dem Bezugszeichen 115 bezeichnet.
Das von dem zweiten streuenden Element SE2 112 ausgehende Beleuchtungslicht bildet ein erstes Leuchtfeld LF1 114. Das erste Leuchtfeld LF1 114 hat die Größe des zweiten Strahlquerschnitts.
Das von dem zweiten streuenden Element SE2 112 ausgehende Licht wird über ein optisches Einkopplungselement OEE 120 in Ablenkrichtung in den Strahlengang einer zweiten Lichtquelle 121 mit einer zweiten optischen Achse 122 eingekoppelt. Ein zweites Leuchtfeld LF2 der zweiten Lichtquelle 121 ist mit dem Bezugszeichen 123 bezeichnet. Das zweite Leuchtfeld LF2 123 kann beispielsweise durch einen Wabenkondensorausgang einer LED-Weißlichtquelle gebildet sein. Das von dem zweiten Leuchtfeld LF2 123 ausgehende Licht wird in Durchlassrichtung durch das optische Einkoppelelement OEE 120 geleitet.
Das erste Leuchtfeld LF1 114 weist eine andere spektrale Verteilung auf wie das zweite Leuchtfeld LF2 123. Das optische Einkopplungselement OEE 120 koppelt somit das Beleuchtungslicht aus zwei verschiedenen Richtungen mit einer unterschiedlichen spektralen Verteilung in einen gemeinsamen Strahlengang mit der zweiten optischen Achse 122.
Das zweite Leuchtfeld LF2 123 ist das Leuchtfeld einer Weißlichtquelle. Das erste Leuchtfeld LF1 114 umfasst einen Wellenlängenbereich, der für die Fluoreszenzanalyse geeignet ist. Dazu strahlt die Laserlichtquelle 101 Laserlicht mit einer zentralen Wellenlänge im Bereich 390 nm bis 450 nm ab. In einer alternativen Ausführungsform strahlt die Laserlichtquelle 101 Laserlicht mit einer zentralen Wellenlänge im Bereich 700 nm bis 850 nm ab. Die abgestrahlte Wellenlänge ist vom Einsatzzweck des Operationsmikroskops abhängig. Beispielsweise strahlt das erste Leuchtfeld LF1 114 ein Spektrum mit einer zentralen Wellenlänge von 407 nm ab. Diese Wellenlänge ist zur Fluoreszenzanregung besonders gut geeignet. Die Laserlichtquelle 101 ist ein kollimierter Multimode-Laser. In einer alternativen Ausführungsform ist die Laserlichtquelle 101 ein kollimierter Singlemode-Laser.
Das Beleuchtungslicht wird nach dem optischen Einkopplungselement OEE 120 durch eine Abbildungsoptik 130 auf eine Lichtquellenausgangsebene 131 geführt, die auf der zweiten optischen Achse 122 liegt. In der Lichtquellenausgangsebene 131 ist der Eingang eines Lichtleiters 132 angeordnet. Der Lichtleiter 132 ist zu einem Operationsmikroskop 140 geführt. Der Lichtleiter 132 ist in einer alternativen Ausführungsform durch ein Lichtleiterfaserbündel gebildet.
Durch seine streuende Wirkung erhöht das zweite streuende Element SE2 112 bei gleich bleibendem Strahlquerschnitt die numerische Apertur des Lichts. Das von dem zweiten streuenden Element SE2 112 ausgehende Beleuchtungslicht 115 wird in seiner Ausdehnung mit dem Betrag des Abbildungsmaßstabes der Abbildungsoptik 130 skaliert und in seiner numerischen Apertur mit dem Faktor „1 / Betrag des Abbildungsmaßstabes“ skaliert auf die nachfolgende Lichtquellenausgangsebene 131 abgebildet. Der Abbildungsmaßstab dieser Abbildung ist durch die Abbildungsoptik 130 definierbar. Durch den zweiten Strahlquerschnitt und der zweiten numerischen Apertur am zweiten streuenden Element SE2 112 sind dann auch der dritte Strahlquerschnitt und die dritte numerische Apertur in der Lichtquellenausgangsebene 131 bestimmt.
Das Operationsmikroskop 140 umfasst ein Hauptobjektiv 141, eine nicht dargestellt optische Beobachtungseinrichtung mit einer dritten optischen Achse 142 und eine Beleuchtungsoptik 143. Das von dem Lichtleiter 132 austretende Beleuchtungslicht wird in dem Operationsmikroskop 140 durch die Beleuchtungsoptik 143 zu einer Objektebene 150 geführt. Das Beleuchtungslicht kann dabei koaxial zu der dritten optischen Achse 142 der Beobachtungseinrichtung geführt sein. In einer alternativen Ausführungsform wird das Beleuchtungslicht in einem Winkel zur der dritten optischen Achse 142 zu der Objektebene 150 geführt.
Das Operationsmikroskop 140 ist ausgestaltet, dass der Beleuchtungsstrahlengang und der Beobachtungsstrahlengang der Beobachtungseinrichtung gemeinsam durch das Hauptobjektiv 141 geführt sind. In einer Ausführungsform bilden der Beleuchtungsstrahlengang und der Beobachtungsstrahlengang der Beobachtungseinrichtung vollständig getrennte Strahlengänge. Die Beleuchtungsvorrichtung 100 kann in beiden Ausführungsformen zur Beleuchtung der Objektebene 150 eingesetzt werden.
Durch die Anpassung der streuenden Wirkung des ersten streuenden Elements SE1 106 ist die erste numerische Apertur NA(SE1) einstellbar und somit über die Brennweite f_OS1 der Kollektoroptik OS1 110 auch die Abmessung L2, bzw. der Durchmesser, des zweiten Strahlquerschnitts in der zweiten Ebene 113 am Ort des zweiten streuenden Elements SE2 112. Der erste Strahlquerschnitt mit der ersten Abmessung L1 des fokussierten Laserlichtes in der ersten Ebene 107 des ersten streuenden Elements SE1 legt zusammen mit der Brennweite f_OS1 der Kollektoroptik OS1 110 den minimal erreichbaren Wert NAmin(SE2) der numerischen Apertur NA(SE2) am Ort des zweiten streuenden Elements SE2 112 fest. Der minimal erreichbare Lichtleitwert LLWmin(SE2) am Ort des zweiten streuenden Elements SE2 112 ist gleich L2 x NAmin(SE2).
Durch die Anpassung oder Änderung der streuenden Wirkung des zweiten streuenden Elements SE2 112 kann die zweite numerische Apertur NA(SE2) nach dem zweiten streuenden Elemente SE2 gezielt angepasst, bzw. vergrößert werden und somit der Lichtleitwert im ersten Leuchtfeld LF1 114 von minimal L2 x NAmin(SE2) auf den Wert L2 x NA(SE2) geändert werden. Dies kann mit dem ersten streuenden Element SE1 106 und dem zweiten streuenden Element SE2 112 bei hoher Transmission mit geringen Änderungen des Wirkungsgrades erfolgen.
Das Leuchtfeld am Lichtquellenausgang in der Lichtquellenausgangsebene 131 umfasst das konstante zweite Leuchtfeld LF2 123 der Weißlichtquelle 121 und das in Ausdehnung und numerischer Apertur variable und monochromatische erste Leuchtfeld LF1 114 der Laserlichtquelle 101. Vorteilhaft können beide Lichtquellen unabhängig voneinander in der Intensität geregelt werden. Die Laserlichtquelle 101, mit der Fokusoptik 104, dem ersten streuenden Element SE1 106, der Kollektoroptik OS1 110 und dem zweiten streuenden Element SE2 112 bildet eine modulare und funktionelle Lichtquelleneinheit, die modular an die Weißlichtquelle durch das optische Einkopplungselement OEE 120 gekoppelt werden kann. Die Einkopplung hat keinen negativen Einfluss auf die Weißlichtbeleuchtung. Vorteilhaft sind die Helligkeit und der Leuchtfelddurchmesser der Laserlichtbeleuchtung in der Objektebene 150 unabhängig von der Weißlichtbeleuchtung regelbar. Vorteilhaft kann die Helligkeit der Laserlichtbeleuchtung in der Objektebene 150 unabhängig von der Weißlichtbeleuchtung gepulst werden.
Das Operationsmikroskop 140 kann ein konventionelles optisches Operationsmikroskop mit Okularen und einer oder mehreren Kameras sein. Eine Beobachtungseinrichtung des Operationsmikroskops 140 kann auch durch ein digitales Bilderfassungssystem gebildet sein, das eine Kamera und eine Optik umfasst. Die Beobachtungseinrichtung des Operationsmikroskops 140 kann auch nur durch eine Kamera gebildet sein. In einer alternativen Ausgestaltung kann das Operationsmikroskop 140 auch ein Hybrid-System bilden, d. h. eine Mischung aus einem konventionellen optischen Operationsmikroskop, das ein Hauptobjektiv und eine Vergrößerungsoptik umfasst, und einem digitalen Operationsmikroskop.
Der Beleuchtungsstrahlengang des Operationsmikroskops 140 kann als Köhler-Beleuchtung oder Köhler-Beleuchtungsstrahlengang ausgestaltet sein. Damit ist eine sehr gute Beleuchtungslichtqualität in der Objektebene 150 erreichbar. Die Regelung eines Leuchtfelddurchmessers in der Objektebene 150 des Operationsmikroskops 140 kann vorteilhaft durch eine Einstellung oder Variation der numerischen Apertur am Lichtquellenausgang in der Lichtquellenausgangsebene 131 erfolgen.
In einer alternativen Ausführungsform ist der Beleuchtungsstrahlengang des Operationsmikroskops 140 als Spot-Beleuchtungsstrahlengang ausgestaltet. Die Lichtquelleneinheit bildet auch zusammen mit einem Spot-Beleuchtungsstrahlengang in einem Operationsmikroskop 140 eine sehr gute Beleuchtungslichtqualität in der Objektebene 150. Der Leuchtfelddurchmesser in der Objektebene 150 des Operationsmikroskops 140 ist durch eine Anpassung der numerischen Apertur und des Leuchtfelddurchmessers am Lichtquellenausgang in der Lichtquellenausgangsebene 131 einstellbar.
In einer alternativen Ausführungsform ist das erste streuende Element SE1 106 rotierend bewegt. In einer weiteren alternativen Ausführungsform ist das erste streuende Element SE1 106 in der ersten Ebene lateral oszillierend angeordnet. In beiden Ausführungsformen werden Speckle-Muster zeitlich ausgemittelt und reduziert.
Die 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer Beleuchtungseinrichtung 200 für ein Operationsmikroskop mit einer Laserlichtquelle und einer RGB-Weißlichtquelle in einer schematischen Darstellung.
Die 2 zeigt die gleichen Komponenten wie die Beleuchtungsvorrichtung gemäß 1, wobei die Bezugszeichen um 100 erhöht sind. Die 2 zeigt eine detailliertere Darstellung und umfasst zusätzliche Elemente.
Das von einer kollimierten Laserlichtquelle 201 entlang einer optischen Achse 202 abgestrahlte Laserlicht wird durch eine Fokusoptik 204 auf ein erstes streuendes Element SE1 206, eine erste Streuscheibe, fokussiert. Das fokussierte Laserlicht wird durch eine Kollektoroptik OS1 210 auf ein zweites streuendes Element SE2 212, eine zweite Streuscheibe, abgebildet. Die Kollektoroptik OS1 210 umfasst eine erste Kollektorlinse 251, eine zweite Kollektorlinse 252 und eine dritte Kollektorlinse 253. Die Kollektoroptik OS1 210 ist in einer Ausführungsform vorteilhaft aplanatisch ausgelegt. Diese drei Kollektorlinsen der Kollektoroptik OS1 210 bilden eine Hauptebene mit einer Brennweite f_OS1 und einen ersten Brennpunkt P1. Die Kollektoroptik OS1 210 bildet das von dem ersten streuenden Element SE1 206 ausgehende Strahlbündel nach unendlich ab. Der erste Brennpunkt P1 der Kollektoroptik OS1 210 liegt im Zentrum des fokussierten Laserlichtes in einer ersten Ebene 207 auf dem ersten streuenden Element SE1 206. Durch die Streuwirkung des ersten streuenden Elements SE1 206 wird das Laserlicht in einen Raumwinkel mit einer ersten numerischen Apertur NA(SE1) gestreut und durch die Kollektoroptik OS1 210 kollimiert auf das zweite streuende Element SE2 212 abgebildet.
In einer zweiten Ebene 213, am Ort des zweiten streuenden Elements SE2 212, ist das Strahlbündel durch die geringe Ausdehnung des Strahlquerschnitts in der ersten Ebene 2078 gegenüber der Brennweite f_OS1 der Kollektoroptik OS1 210 sehr gut kollimiert. Die streuende Wirkung des zweiten streuenden Elements SE2 212 erzeugt somit an jeder Stelle im zweiten Strahlquerschnitt in der zweiten Ebene 213 des zweiten streuenden Elements SE2 212 jeweils ein Strahlbündel abgestrahlten Beleuchtungslichts mit einer zweiten numerischen Apertur NA(SE2). Das von dem zweiten streuenden Element SE2 212 ausgehende Beleuchtungslicht bildet ein erstes Leuchtfeld LF1 214.
Eine zweite Lichtquelle 221 ist als Weißlichtquelle oder RGB-Lichtquelle ausgebildet. Dazu umfasst die zweite Lichtquelle 221 eine erste rote Einzellichtquelle 224, eine zweite grüne Einzellichtquelle 225 und eine dritte blaue Einzellichtquelle 226 mit jeweils einer zugeordneten Kollektoroptik zur Kollimation. Das Beleuchtungslicht der drei Einzellichtquellen wird durch einen trichroitischen Strahlteiler 227 gekoppelt, so dass an dessen Ausgang Weißlicht entlang der zweiten optischen Achse 222 zur Verfügung steht. An dem Ausgang des trichroitischen Strahlteilers 227 ist ein Wabenkondensor 228 angeordnet. Der Ausgang des Wabenkondensors 228 bildet ein zweites Leuchtfeld LF2 223.
Das von dem zweiten streuenden Element SE2 212 ausgehende Licht des ersten Leuchtfeldes LF1 214 wird über ein optische Einkopplungselement OEE 220 in Ablenkrichtung, in einem geknickten Strahlengang, in den Strahlengang der zweiten Lichtquelle 221 mit einer zweiten optischen Achse 222 eingekoppelt. Zwischen dem zweiten streuenden Element 212 und dem optischen Einkopplungselement OEE 220 ist eine erste Zusatzlinse 254 angeordnet.
Das von dem zweiten Leuchtfeld LF2 223 ausgehende Licht des Wabenkondensors wird in Durchlassrichtung, in einem geraden Strahlengang, durch das optische Einkoppelelement OEE 220 geleitet. Zwischen dem Wabenkondensor 228 und dem Einkopplungselement OEE 220 ist eine zweite Zusatzlinse 255 angeordnet.
Das optische Einkoppelelement OEE 220 ist durch eine wellenlängenselektive Teilerplatte gebildet. Die Teilerplatte ermöglicht den Durchlass für weißes Licht in Transmissionsrichtung und eine Ablenkung von Fluoreszenzanregungslicht in Reflexionsrichtung.
Die 2 weist noch eine Besonderheit der Abbildungsoptik 230 auf. In der Ausführungsform gemäß der 1 ist die Abbildungsoptik 130 vollständig nach dem Einkoppelelement 120 angeordnet. In der 2 umfasst die die Abbildungsoptik 230 eine erste Linse 233, eine zweite Linse 234 und eine dritte Linse 235 und zusätzlich jeweils die erste Zusatzlinse 254, bzw. die zweite Zusatzlinse 255. Die Abbildungsoptik 230 bildet ein Linsensystem, welches im Gegensatz zu der Ausführungsform gemäß der 1 nicht vollständig nach dem Einkoppelelement OEE 220 zu liegen kommt. Das Einkoppelelement OEE 220 befindet sich innerhalb der Abbildungsoptik 230.
Für den geknickten Strahlengang mit dem ersten Leuchtfeld LF1 214 der Laserlichtquelle 201 bildet die erste Zusatzlinse 254, die erste Linse 233, die zweite Linse 234 und die dritte Linse 235 eine beidseitig telezentrische Abbildungsoptik 230 mit dem Abbildungsmaßstab Beta. Für den geraden Strahlengang mit dem zweiten Leuchtfeld LF2 223 der zweite Lichtquelle 221 bildet die zweite Zusatzlinse 255, die erste Linse 233, die zweite Linse 234 und die dritte Linse 235 eine beidseitig telezentrische Abbildungsoptik 230 mit dem Abbildungsmaßstab Beta. Eine beidseitig telezentrische Abbildungsoptik ist in der 3C beschrieben.
In der 2 ist das optische Einkoppelelement OEE 220 zwischen zwei Linsen der Abbildungsoptik 230 angeordnet. Für den geknickten Strahlengang ist das optische Einkoppelelement OEE 220 zwischen der ersten Zusatzlinse 254 und der ersten Linse 233 angeordnet. In dem geraden Strahlengang liegt das optische Einkoppelelement OEE 220 zwischen der zweiten Zusatzlinse 255 und der ersten Linse 233. Dabei sind die zugehörigen Luftabstände zwischen der ersten Zusatzlinse 254 und dem optischen Einkoppelelement OEE 220, sowie zwischen der zweiten Zusatzlinse 255 und dem optischen Einkoppelelement OEE 220 jeweils gleich. Die erste Zusatzlinse 254 und die zweite Zusatzlinse 255 sind identisch. Die erste Zusatzlinse 254 bewirkt eine Anpassung des ersten Leuchtfeldes LF1 214 an die nachfolgende Optik. Die zweite Zusatzlinse 255 bewirkt eine Anpassung des zweiten Leuchtfeldes LF2 223 an die nachfolgende Optik.
Nach dem Einkoppelelement OEE 220 wird das Beleuchtungslicht des ersten Leuchtfeldes LF1 214 der Laserlichtquelle 201 und des zweiten Leuchtfeldes LF2 223 der zweiten Lichtquelle 221 vereinigt zu der Lichtquellenausgangsebene 231 geführt. Das gekoppelte Beleuchtungslicht wird durch die erste Linse 233, die zweite Linse 234 und die dritte Linse 235 der Abbildungsoptik 230 zu der Lichtquellenausgangsebene 231 geleitet und dort in einen nicht dargestellten Lichtleiter eingekoppelt. Der Lichtleiter führt das gekoppelte Beleuchtungslicht zu einem Beleuchtungsstrahlengang eines Operationsmikroskops, so dass eine Objektebene beleuchtet wird. Das Leuchtfeld in der Objektebene, das durch das Beleuchtungslicht der Lichtquelleneinheit mit der Laserlichtquelle 201 erzeugt wird, ist dabei unabhängig von dem Leuchtfeld in der Objektebene, dass durch die zweite Lichtquelle 221 erzeugt wird, einstellbar. Das gleiche gilt für den Lichtleitwert. Die Konzentration und die Intensität des Beleuchtungslichtes des Laserlichtes ist in der Objektebene ist unabhängig von dem der zweite Lichtquelle 221 einstellbar. Vorteilhaft kann die Helligkeit der Laserlichtbeleuchtung in der Objektebene unabhängig von der Weißlichtbeleuchtung gepulst werden.
Durch weitere, nicht dargestellte, Einkoppelelemente sind weitere, nicht dargestellte, Beleuchtungslichtquellen in den Beleuchtungsstrahlengang einkoppelbar. Die Konzentration und die Intensität des Beleuchtungslichtes der Lichtquelleneinheit mit der Laserlichtquelle 201 in der Objektebene sind unabhängig von anderen, in den Strahlengang einkoppelbaren Beleuchtungslichtquellen, einstellbar oder steuerbar.
In einer alternativen Ausführungsform ist die die Laserlichtquelle durch zwei oder drei Laser ausgebildet, die durch einen oder mehrere dichroitische Teiler oder durch eine trichroitischen Strahlteiler gekoppelt sind, so dass deren abgestrahltes Laserlicht entlang der ersten optischen Achse 202 gekoppelt ist. Damit stehen mehrere Wellenlängenbereiche zur Fluoreszenzanregung zur Verfügung.
In einer alternativen Ausführungsform ist die Laserlichtquelle durch mindestens zwei Laser, die durch einen Faserkoppler gekoppelt sind, gebildet. Das gekoppelte Laserlicht ist entlang der ersten optischen Achse 202 geführt und auf dem ersten streuenden Element SE1 206 fokussiert.
In einer Ausführungsform können mehrere Laserlichtquellen mit einer Weißlichtquelle kombiniert werden. In einer Ausführungsform kann ein Einkoppelelement auch einen trichroitischen Strahlteiler aufweisen. Dazu kann eine Weißlichtquelle an einem ersten Eingang des trichroitischen Strahlteilers angeordnet sein, beispielsweise in Durchlassrichtung entlang einer optischen Achse.
An einem zweiten Eingang des trichroitischen Strahlteilers, beispielsweise in Reflexionsrichtung, kann eine Laserlichtquelle angeordnet sein. An einem dritten Eingang des trichroitischen Strahlteilers, beispielsweise in Reflexionsrichtung, kann eine weitere Laserlichtquelle angeordnet sein.
Die 3A, 3B, 3C und 3D zeigen Ausführungsformen einer Beleuchtungseinrichtung für ein Operationsmikroskop mit einer Laserlichtquelle, die in numerischer Apertur und Abmessung des Strahlquerschnitts in einer Lichtaustrittsebene einstellbar sind. Die Darstellung ist stark vereinfacht und zeigt die Anordnung der Grundelemente und Kombinationsmöglichkeiten. Die 3A, 3B, 3C und 3D zeigen einen Teil der Komponenten, die bereits in der 1 gezeigt sind, wobei Bezugszeichen um 200 erhöht sind.
Die 3A zeigt eine schematische Darstellung der Grundelemente einer Beleuchtungseinrichtung für ein Operationsmikroskop mit einer Laserlichtquelle. Eine erste Lichtquelleneinheit 390 umfasst eine erste Baugruppe 391 und eine zweite Baugruppe 392.
Die erste Baugruppe 391 umfasst eine Laserlichtquelle 301, ein erstes streuendes Element SE1 306, eine Kollektoroptik OS1 310 und eine zweites streuendes Element SE2 312. Die Laserlichtquelle erzeugt auf dem ersten streuenden Element einen Laserspot, d. h. einen fokussierten ersten Strahlquerschnitt 308 mit einer ersten Abmessung L1. Ist der erste Strahlquerschnitt 308 rund, kann die erste Abmessung L1 durch den Durchmesser des fokussierten Lichtpunktes angegeben werden. Die Kollektoroptik OS1 310 kollimiert das vom ersten streuenden Element SE 1 306 abgestrahlte gestreute Beleuchtungslicht und führt es auf das zweite streuende Element SE2 312. Auf dem zweiten streuenden Element SE2 312 hat das kollimierte Beleuchtungslicht einen zweiten Strahlquerschnitt mit der zweiten Abmessung L2. Ist der zweite Strahlquerschnitt rund, kann die zweite Abmessung L2 als ein Durchmesser angegeben werden.
Die Wahl der Streuwirkung des ersten streuenden Elements SE1 306 und der Brennweite der Kollektoroptik OS1 310 beeinflusst den kollimierten Strahlquerschnitt mit der zweiten Abmessung L2, bzw. den Durchmesser, des vom zweiten streuenden Element SE2 312 emittierten Beleuchtungslichts. Die Wahl der Streuwirkung des zweiten streuenden Elements SE2 312 beeinflusst die numerische Apertur des vom zweiten streuenden Element SE2 312 emittierten Lichts.
Das erste streuende Element SE1 306 kann in einer Ausführungsform lateral bewegt oder oszilliert werden, um Speckle zu reduzieren. Das erste streuende Element SE1 306 kann in einer Ausführungsform auf einem ersten Wechsler angeordnet sein, der mindestens zwei erste streuende Elemente SE1 umfasst, die jeweils eine unterschiedliche Streuwirkung aufweisen. Das zweite streuende Element SE2 312 kann auf einem zweiten Wechsler angeordnet sein, auf dem mindestens zwei zweite streuendende Elemente SE2 312 mit unterschiedlicher Streuwirkung angeordnet sind. Ein Wechsel des ersten streuenden Elements SE1 306 und/oder des zweiten streuenden Elements SE2 312 ermöglicht im weiteren Strahlenverlauf hinter dem zweiten streuenden Element SE2 312 eine Beleuchtungspupille mit einstellbarem Querschnitt, bzw. Durchmesser, und einstellbarer numerischer Apertur.
Die Kollektoroptik OS1 310 kann eine einzelne Linse umfassen oder mehrlinsig ausgebildet sein.
Die zweite Baugruppe 392 ist im weiteren Strahlverlauf nach dem zweiten streuenden Element SE2 312 angeordnet. Die zweite Baugruppe umfasst eine Abbildungsoptik 330 und eine Lichtquellenausgangsebene 331. In der Lichtquellenausgangsebene 331 kann eine weiterführende Beleuchtungsoptik eines Operationsmikroskops angeordnet sein. In der Lichtquellenausgangsebene 331 ist in einer Ausführungsform ein Lichtleiter oder ein Lichtleiterfaserbündel angeordnet.
Die Abbildungsoptik 330 kann mindestens drei Ausführungsformen aufweisen. In einer ersten Ausführungsform ist die Abbildungsoptik 330 als eine beidseitig telezentrische Abbildungsoptik mit einem Abbildungsmaßstab Beta ausgebildet. Die beidseitig telezentrische Abbildungsoptik ist in 3C beschrieben.
In einer zweiten Ausführungsform ist die Abbildungsoptik 330 als eine kollimierende Abbildungsoptik mit einer zweiten Brennweite f2 ausgebildet. Die kollimierende Abbildungsoptik ist in 3D beschrieben. In beiden Ausführungsformen wird die erste Baugruppe 391 mit einer Abbildungsoptik 330 kombiniert. Durch die Abbildungsoptik 330 wird vorteilhaft die Beleuchtungspupille am Ausgang der ersten Baugruppe 391, d. h. das von dem zweiten streuenden Element SE2 312 ausgehende Beleuchtungslicht, dass ein erstes Leuchtfeld 314 bildet, in definierter Weise auf die Lichtquellenausgangsebene 331 abgebildet oder projiziert.
In einer dritten Ausführungsform wird auf eine Abbildungsoptik 330 verzichtet, so dass die Lichtquellenausgangsebene 331 direkt nach dem zweiten streuenden Element SE2 312 angeordnet ist. Die dritte Ausführungsform kann ausgebildet sein, wenn besondere Anforderungen an die Kompaktheit einer Lichtquelleneinheit gestellt werden.
Vorteilhaft kann in einer weiteren Ausführungsform zwischen der ersten Baugruppe 391 und der zweiten Baugruppe 392 ein optisches Einkoppelelement angeordnet sein, um das Beleuchtungslicht einer weiteren Lichtquelle in den Beleuchtungsstrahlengang einzukoppeln. In einer alternativen Ausführungsform kann ein optisches Einkoppelelement auch zwischen den Linsen der zweiten Baugruppe 392 angeordnet sein, um das Beleuchtungslicht einer weiteren Lichtquelle in den Beleuchtungsstrahlengang einzukoppeln. Ein Ausführungsbeispiel dafür ist in der 2 dargestellt.
Die 3B zeigt eine schematische Darstellung der Grundelemente einer Beleuchtungseinrichtung für ein Operationsmikroskop mit einer Laserlichtquelle mit einem afokalen Zoomsystem.
Eine zweite Lichtquelleneinheit 395 umfasst eine dritte Baugruppe 393 und eine vierte Baugruppe 394. Die dritte Baugruppe 393 weist die gleichen Komponenten auf wie die erste Baugruppe 391 gemäß 3A. Die dritte Baugruppe 393 unterscheidet sich von der ersten Baugruppe 391 dadurch, dass zwischen der Kollektoroptik OS1 310 und dem zweiten streuenden Element SE2 312 ein afokales Zoomsystem 360 angeordnet ist.
Durch das afokale Zoomsystem 360 und das Einstellen seines Pupillenvergrößerungsfaktors Gamma kann der Strahlquerschnitt mit der zweiten Abmessung L2, bzw. der Durchmesser bei einem runden Strahlquerschnitt, auf dem zweiten streuenden Element SE2 312 eingestellt werden. Der Wert NAmin(SE2) des minimal erreichbaren Wertes der numerischen Apertur NA(SE2) am Ort des zweiten streuenden Elements SE2 312 für dem Fall ohne afokales Zoomsystem ändert sich durch ein afokales Zoomsystem 360 auf den Wert NAmin(SE2)/Gamma auf dem zweiten streuenden Element SE2 312.
Die vierte Baugruppe 394 umfasst die gleichen Komponenten und Merkmale, wie diese bereits in der 3A beschrieben sind. Die vierte Baugruppe kann somit ebenfalls eine Abbildungsoptik 330 umfassen, die als eine beidseitig telezentrische Abbildungsoptik, wie in der 3C dargestellt, oder als eine kollimierende Abbildungsoptik, wie in der 3D dargestellt, ausgebildet ist. In einer alternativen Ausführungsform kann die Abbildungsoptik 330 auch entfallen.
Die 3C zeigt eine Ausführungsvariante einer Abbildungsoptik 330 als beidseitig telezentrische Abbildungsoptik mit Abbildungsmaßstab Beta in einer schematischen Darstellung.
Die 3C zeigt den Strahlverlauf durch die Abbildungsoptik 330 zwischen dem zweiten streuenden Element SE2 312 und der Lichtquellenausgangsebene 331 für drei exemplarische Teilstrahlen.
Die Abbildungsoptik 330 ist als eine beidseitig telezentrische Abbildungsoptik 370 ausgebildet. Die beidseitig telezentrische Abbildungsoptik 370 umfasst ein erstes Linsenelement 371 und ein zweites Linsenelement 372, die jeweils als Doppelpfeil dargestellt sind. Ein Doppelpfeil definiert jeweils eine Hauptebene des ersten Linsenelements 371 und des zweiten Linsenelements 372. Das erste Linsenelement 371 und das zweite Linsenelement 372 können jeweils eine Einzellinse, Doppellinsen oder mehrgliedrigen Linsensysteme umfassen. Das erste Linsenelement 371 hat eine erste positive Brechkraft und eine dritte Brennweite f3. Das zweite Linsenelement 372 hat eine positive Brechkraft und vierte Brennweite f4.
Das von dem zweiten streuenden Element SE2 312 ausgehende Beleuchtungslicht bildet ein erstes Leuchtfeld 314. Durch die streuende Wirkung erhöht das zweite streuende Element SE2 312 bei gleich bleibendem Strahlquerschnitt die numerische Apertur des Lichts. Das Beleuchtungslicht wird von dem zweiten streuenden Element SE2 312 mit der zweiten numerischen Apertur abgestrahlt.
Die beidseitig telezentrische Abbildungsoptik 370 bildet das erste Leuchtfeld 314 mit dem Abbildungsmaßstab Beta in die Lichtquellenausgangsebene 331 ab. Der Abbildungsmaßstab Beta der beidseitig telezentrischen Abbildungsoptik 370 ist definiert als Beta = -f4 / f3. Der Abbildungsmaßstab Beta ist endlich. Deshalb wird die Abbildungsoptik auch als „endliche Optik“ bezeichnet. Die numerische Apertur wird mit dem Faktor | 1 / Beta | (Betrag von 1 geteilt durch Beta) skaliert. In der Lichtquellenausgangsebene 331 hat das Beleuchtungslicht eine dritte numerische Apertur.
Eine Änderung des Strahlquerschnitt mit der zweiten Abmessung L2, bzw. des Durchmessers, bewirkt eine Änderung der Größe des ersten Leuchtfeldes 314. Eine Änderung der Größe des ersten Leuchtfeldes 314 bewirkt somit eine Änderung des Strahlquerschnitts mit der dritten Abmessung L3, bzw. des Durchmessers, in der Lichtquellenausgangsebene 331 mit dem Faktor | Beta | (Betrag von Beta). Jedoch bleibt die dritte numerische Apertur in der Lichtquellenausgangsebene 331 bei Änderung des Strahlquerschnitts in der Lichtquellenausgangsebene 331 konstant.
Die 3D zeigt eine Ausführungsvariante einer Abbildungsoptik 330 als kollimierende Abbildungsoptik in einer schematischen Darstellung.
Die 3D zeigt den Strahlverlauf durch die Abbildungsoptik 330 zwischen dem zweiten streuenden Element SE2 312 und der Lichtquellenausgangsebene 331 für drei exemplarische Teilstrahlen.
Die Abbildungsoptik 330 ist als eine kollimierende Abbildungsoptik 380 ausgebildet. Die kollimierende Abbildungsoptik 380 umfasst eine zweite Kollektoroptik 381 mit einer zweiten Brennweite f2. Die zweite Kollektoroptik ist als Doppelpfeil dargestellt ist. Der Doppelpfeil definiert eine Hauptebene der zweiten Kollektoroptik. Der erste Brennpunkt der zweiten Kollektoroptik 381 liegt auf dem zweiten streuenden Element SE2 312 in der Ebene des ersten Leuchtfeldes 314. Der zweite Brennpunkt der Kollektoroptik liegt in der Lichtquellenausgangsebene 331. Die zweite Kollektoroptik 381 kann eine Einzellinse, eine Doppellinse oder ein mehrgliedriges Linsensystem umfassen. Die zweite Kollektoroptik 381 weist eine positive Brechkraft auf.
Die zweite Kollektoroptik 381 kollimiert das erste Leuchtfeld 314 und bildet dessen Fernfeld (Winkelverteilung) als transformiertes Leuchtfeld in die Lichtquellenausgangsebene 331 ab. Die dritte Abmessung L3 des Strahlquerschnitts, bzw. des Durchmessers bei einem runden Strahlquerschnitt, des transformierten Leuchtfeldes kann über die zweite numerische Apertur NA(SE2) des ersten Leuchtfeldes 314 eingestellt werden und hat den Wert: L3 = 2 x f2 x NA(SE2). Die numerische Apertur des transformierten Leuchtfeldes kann über die zweite Abmessung L2 auf dem zweiten streuenden Element SE2, bzw. des ersten Leuchtfeldes 314, eingestellt werden und hat den Wert: NA(L2) = sin (atan (L2 / 2 / f2)). Die zweite Kollektoroptik 381 bildet eine Möglichkeit, das Licht des ersten Leuchtfeldes lichtleitwerterhaltend an den Ort der Lichtquellenausgangsebene 331 zu transportieren, so dass es dort von einer Folgeoptik oder einem Lichtleitelement mit einem Lichtleitwert, der größer oder gleich dem des ersten Leuchtfeldes ist, effizient aufgenommen werden kann.
Eine Änderung des Strahlquerschnitts auf dem zweiten streuenden Element SE2 312 mit der zweiten Abmessung L2, bzw. des Durchmessers, bewirkt eine Änderung der Größe des ersten Leuchtfeldes 314. Eine Änderung der Größe des ersten Leuchtfeldes 314 hat in dieser Ausführungsform nur sehr geringen Einfluss auf den Strahlquerschnitt mit der dritten Abmessung L3, bzw. des Durchmessers, in der Lichtquellenausgangsebene 331. Jedoch hat eine Änderung des Strahlquerschnitts auf dem zweiten streuenden Element SE2 312, bzw. der Größe des ersten Leuchtfeldes 314 einen großen Einfluss auf den Wert der dritten numerischen Apertur in der Lichtquellenausgangsebene 331.
Die 3A, 3B, 3C und 3D definieren somit sechs unterschiedliche Ausführungsformen einer Lichtquelleneinheit. Die ersten drei Ausführungsformen bilden die erste Baugruppe 391, ohne ein afokales Zoomsystem, in Kombination mit der zweiten Baugruppe 392, die entweder eine beidseitig telezentrische Abbildungsoptik, eine kollimierende Abbildungsoptik oder keine Abbildungsoptik umfasst. Drei weitere Ausführungsformen bilden die dritte Baugruppe 393, mit einem afokalen Zoomsystem, in Kombination mit der vierten Baugruppe 394, die entweder eine beidseitig telezentrische Abbildungsoptik, eine kollimierende Abbildungsoptik oder keine Abbildungsoptik umfasst.
Bei allen sechs Ausführungsformen, die in den 3A, 3B, 3C und 3D gezeigt sind, kann der Lichtleitwert, als Produkt der dritten Abmessung L3 und der dritten numerischen Apertur in der Lichtquellenausgangsebene 331 bei entsprechend vignettierungsfrei ausgelegten Optiksystemen gezielt und mit geringer Lichtstromvariation manipuliert werden.
Die 4A und die 4B zeigen ein drittes Ausführungsbeispiel einer Beleuchtungseinrichtung für ein Operationsmikroskop mit einer Laserlichtquelle in einer schematischen Darstellung.
Die 4A und die 4B zeigen die gleichen Komponenten wie die Beleuchtungsvorrichtung gemäß 1, wobei die Bezugszeichen um 300 erhöht sind. Die 4A und 4B zeigen zusätzlich ein afokales Zoomsystem 460, das zwischen einer Kollektoroptik OS1 410 und einem zweiten streuenden Element SE2 412 angeordnet ist. Eine Abbildungsoptik 430 ist durch eine beidseitig telezentrische Abbildungsoptik 470 mit einem Abbildungsmaßstab Beta gebildet. Die 4A zeigt das afokale Zoomsystem 360 in einer ersten Zoomstellung. Die 4B zeigt das afokale Zoomsystem 460 in einer zweiten Zoomstellung.
Die 4A und die 4B zeigen die Wirkung des afokalen Zoomsystems 470 auf den Strahlquerschnitt und die numerische Apertur in einer Lichtquellenausgangsebene 431, wenn die Abbildungsoptik 430 als eine beidseitig telezentrische Abbildungsoptik 470 ausgebildet ist.
Eine kollimierte Laserlichtquelle 401 ist entlang einer ersten optischen Achse 402 angeordnet. Das von der Laserlichtquelle 401 abgestrahlte kollimierte Laserlicht 403 wird durch eine Fokusoptik 404 auf ein erstes streuendes Element SE1 406, das durch eine erste Streuscheibe gebildet ist, fokussiert.
Das Zentrum des fokussierten Laserlichtes liegt in der ersten Ebene 407 auf dem ersten streuenden Element SE1 406, der mit dem vorderen ersten Brennpunkt P1 der Kollektoroptik OS1 410 zusammenfällt. Durch die Streuwirkung des ersten streuenden Elements SE1 406 wird das gestreute Licht in einen Raumwinkel abgestrahlt und es ist ein aufgefächertes erstes gestreutes Strahlenbündel 409 mit einer ersten numerischen Apertur NA(SE1) ausgebildet, dass durch die Kollektoroptik OS1 410 und dem im weiteren Strahlenverlauf angeordneten afokalen Zoomsystem 460 auf ein zweites streuendes Element SE2 412 abgebildet wird. Die Kollektoroptik OS 1 410 kann eine Einzellinse, eine Doppellinse oder ein mehrgliedrigen Linsensystem umfassen.
Das afokale Zoomsystem 460 umfasst eine erste Linsengruppe 461, eine zweite Linsengruppe 462, eine dritte Linsengruppe 463 und eine vierte Linsengruppe 464. Die erste Linsengruppe 461 und die vierte Linsengruppe 464 sind fest angeordnet. Die zweite Linsengruppe 462 und die dritte Linsengruppe 463 sind entlang der ersten optischen Achse 402 verschiebbar. Das afokale Zoomsystem 460 bildet somit eine variable Optik, die entlang der ersten optischen Achse 402 zwischen der Kollektoroptik OS1 410 und dem zweiten streuenden Element SE2 412 angeordnet ist. Die Kombination der Kollektoroptik OS1 410 mit fester Brennweite und dem afokalen Zoomsystem 460 bildet eine mehrlinsige Kollektoroptik mit einer variablen Brennweite bei fester Position der vorderen Brennebene auf der ersten Ebene 407. Das aus der Kollektoroptik OS1 410 kollimiert austretende Strahlenbündel ist nach der vierten Linsengruppe 464 des afokalen Zoomsystems 460 weiter in einem kollimierten Strahlengang 411 geführt. Das in einer zweiten Ebene 413, am Ort des zweiten streuenden Elements SE2 412 resultierende Strahlbündel bleibt deshalb kollimiert.
Nach dem zweiten streuenden Element SE2 412 ist die Abbildungsoptik 430 angeordnet. Die Abbildungsoptik 430 ist als eine beidseitig telezentrische Abbildungsoptik 470 ausgebildet. Eine beidseitig telezentrische Abbildungsoptik ist in der 3C gezeigt. Die beidseitig telezentrische Abbildungsoptik 470 umfasst mindestens ein erstes Linsenelement 471 und ein zweites Linsenelement 472, die jeweils als Doppelpfeil dargestellt sind. Ein Doppelpfeil definiert jeweils eine Hauptebene des ersten Linsenelements 471 und des zweiten Linsenelements 472. Das erste Linsenelement 471 und das zweite Linsenelement 472 können jeweils eine Einzellinse, Doppellinsen oder mehrgliedrigen Linsensysteme umfassen. Das erste Linsenelement 471 hat eine erste positive Brechkraft und eine dritte Brennweite f3. Das zweite Linsenelement 472 hat eine positive Brechkraft und vierte Brennweite f4.
Das von dem zweiten streuenden Element SE2 412 ausgehende Beleuchtungslicht bildet ein erstes Leuchtfeld 414 in der zweiten Ebene 413. Durch die streuende Wirkung erhöht das zweite streuende Element SE2 412 bei gleich bleibendem Strahlquerschnitt die numerische Apertur des Lichts. Das Beleuchtungslicht wird von dem zweiten streuenden Element SE2 412 mit der zweiten numerischen Apertur abgestrahlt.
Die beidseitig telezentrische Abbildungsoptik 470 bildet das erste Leuchtfeld 414 mit dem Abbildungsmaßstab Beta in die Lichtquellenausgangsebene 431 ab. Der Abbildungsmaßstab Beta der beidseitig telezentrischen Abbildungsoptik 470 ist definiert als Beta = -f4 / f3. Der Abbildungsmaßstab ist endlich. Die numerische Apertur wird mit dem Faktor | 1 / Beta | (Betrag von 1 geteilt durch Beta) skaliert. In der Lichtquellenausgangsebene 431 hat das Beleuchtungslicht eine dritte numerische Apertur.
Auf dem zweiten streuenden Element SE2 412, in der zweiten Ebene 413, hat das kollimierte Beleuchtungslicht einen zweiten Strahlquerschnitt mit der zweiten Abmessung L2. In diesem Ausführungsbeispiel ist der zweite Strahlquerschnitt rund, so dass die zweite Abmessung L2 als ein Durchmesser angegeben werden kann.
In der Lichtquellenausgangsebene 431 hat das Beleuchtungslicht einen dritten Strahlquerschnitt mit einer dritten Abmessung L3. Der dritte Strahlquerschnitt ist rund ist, dadurch hat die dritte Abmessung L3 den Wert des Durchmessers des dritten Strahlquerschnitts.
Die 4A und die 4B zeigen die Wirkung des afokalen Zoomsystems 460 in Kombination mit dem Gesamtsystem und der als beidseitig telezentrische Abbildungsoptik 470 ausgebildeten Abbildungsoptik 430. Die Figuren zeigen, wie ein Strahlquerschnitt und die numerische Apertur am Lichtquellenausgang in der Lichtquellenausgangsebene 431 einstellbar sind.
In der 4A zeigt eine erste Einstellung des afokalen Zoomsystems 470. Die zweite Linsengruppe 462 und die dritte Linsengruppe 463 sind in engem Abstand in der Mitte zwischen der ersten Linsengruppe 461 und der vierten Linsengruppe 464 angeordnet, was in einem großen Vergrößerungsmaßstab L2 / L1 resultiert. Ein zweiter Strahlquerschnitt mit einer zweiten Abmessung L2 in der zweiten Ebene 413 ist groß. Der dritte Strahlquerschnitt in der Lichtquellenausgangsebene 431 hat die dritte Abmessung L3, die durch den Abbildungsmaßstab Beta der Abbildungsoptik 430 definiert ist.
Die 4B zeigt eine zweite Einstellung des afokalen Zoomsystems 470. Die zweite Linsengruppe 462 und die dritte Linsengruppe 463 weisen einen größeren Abstand auf, die dritte Linsengruppe 463 ist eng an der vierten Linsengruppe 464 positioniert, was in einem kleinen Vergrößerungsmaßstab L2 / L1 resultiert. Ein zweiter Strahlquerschnitt mit einer zweiten Abmessung L2 in der Ebene 413 ist klein. Die dritte Abmessung L3 des dritten Strahlquerschnitts in der Lichtquellenausgangsebene 431 ist ebenfalls verkleinert und durch den Abbildungsmaßstab Beta der Abbildungsoptik 430 definiert.
Die zweite numerische Apertur des von dem zweiten streuenden Element SE2 abgestrahlten Beleuchtungslichts und die dritte numerische Apertur in der Lichtquellenausgangsebene 431 sind dabei in beiden Zoomstellungen gemäß der 4A und 4B gleich. Obwohl die dritte Abmessung L3 des Strahlquerschnitts in der 4B kleiner ist als in der 4A, hat die zweite numerische Apertur und die dritte numerische Apertur in beiden Fällen jeweils den gleichen Wert.
In einer Ausführungsform kann das zweite streuende Element SE2 412 auf einem Wechsler angeordnet sein und durch ein anderes zweites streuendes Element SE2 412 mit einer anderen zweiten numerischen Apertur getauscht werden. Bei einer Änderung der zweiten numerischen Apertur ändert sich auch der Wert der dritten numerischen Apertur. Wenn die Zoomstellung dabei nicht verändert wird, kann auf diese Weise der Wert der dritten numerischen Apertur eingestellt werden, ohne dass dabei der Strahlquerschnitt mit der dritten Abmessung L3 in der Lichtquellenausgangsebene 431 verändert wird.
Wenn die nachfolgende Beleuchtungsoptik eines Operationsmikroskops als eine Köhler-Beleuchtung ausgebildet ist, kann so vorteilhaft lediglich durch eine Änderung der zweiten numerischen Apertur die Größe des Leuchtfeldes in der Objektebene eingestellt werden. Eine Einstellung des afokalen Zoomsystems 470 hat bei der Köhler-Beleuchtung nur einen geringen Effekt auf die Leuchtfeldgröße in der Objektebene, kann aber zur Vermeidung von Vignettierung im Beleuchtungssystem genutzt werden.
Der geringe Resteffekt stammt daher, dass aufgrund der endlichen Laserspotgröße das kollimierte Licht aus der Kollektoroptik OS1 410 mit der festen Brennweite f_OS1 eine endliche numerische Apertur NAmin = sin(atan( L1/2/f_OS1)) aufweist. Diese Apertur NAmin wird nun vom nachfolgenden afokalen Zoomsystem 470 verändert. Ist die Pupillenvergrößerung des afokalen Zoomsystems 470 gleich Gamma, dann ist die numerische Apertur vor dem zweiten streuenden Element SE2 412 durch folgende Gleichung definiert: NAmin(SE2) = sin(atan( L1/2/f_OS1) ) / Gamma = NAmin / Gamma.
Wenn die nachfolgende Beleuchtungsoptik eines Operationsmikroskops als ein Spot-Beleuchtungsstrahlengang ausgebildet ist, müssen die zweite numerische Apertur und der Strahlquerschnitt mit der dritten Abmessung L3 in der Lichtquellenausgangsebene 431 verändert werden, um die Leuchtfeldgröße in der Objektebene signifikant zu verändern. Eine Verkleinerung der dritten Abmessung L3 und eine Verkleinerung der zweiten numerischen Apertur bewirken eine Vergrößerung der Lichtkonzentration in der Objektebene.
Der Strahlengang in der 4A und in der 4B ist jeweils als Strahlengang entlang der ersten optischen Achse 402 dargestellt. Zwischen dem zweiten streuenden Element SE2 412 und der Abbildungsoptik 430 kann in einer Ausführungsform ein optisches Einkopplungselement OEE angeordnet sein, um das Beleuchtungslicht der Laserlichtquelle 401 in den Strahlengang einer zweiten, hier nicht dargestellten Lichtquelle einzukoppeln, so wie dies in der 1 gezeigt ist.
In einer alternativen Ausführungsform ist nach dem zweiten streuenden Element SE2 412, zwischen den Optikelementen der Abbildungsoptik 430, ein optisches Einkopplungselement OEE angeordnet, um das Beleuchtungslicht der Laserlichtquelle 401 in den Strahlengang einer zweiten, hier nicht dargestellten, Lichtquelle einzukoppeln. Ein Beispiel dazu ist in der 2 gezeigt.
Die 5A und die 5B zeigen ein viertes Ausführungsbeispiel einer Beleuchtungseinrichtung für ein Operationsmikroskop mit einer Laserlichtquelle mit einem afokalen Zoomsystem in einer schematischen Darstellung.
Die 5A und die 5B zeigen die gleichen Komponenten wie die Beleuchtungsvorrichtung gemäß der 4A und der 4B, wobei die Bezugszeichen um 100 erhöht sind. Die 5A und die 5B unterscheiden sich von der Ausführungsform gemäß der 4A und der 4B dadurch, dass eine Abbildungsoptik 530 durch eine kollimierende Abbildungsoptik 580 gebildet ist.
Die 5A zeigt das afokale Zoomsystem 560 in einer ersten Zoomstellung. Die 5B zeigt das afokale Zoomsystem 560 in einer zweiten Zoomstellung. Die 5A und die 5B zeigen die Wirkung eines afokalen Zoomsystems 560 auf den Strahlquerschnitt und die numerische Apertur in einer Lichtquellenausgangsebene 531, wenn die Abbildungsoptik 530 als eine kollimierende Abbildungsoptik 580 ausgebildet ist. Die kollimierende Abbildungsoptik 580 hat eine andere Wirkung als die beidseitig telezentrische Optik gemäß der 4A und 4B.
Die kollimierende Abbildungsoptik 580 umfasst eine zweite Kollektoroptik 581 mit einer zweiten Brennweite f2 und einer positiven Brechkraft. Die zweite Kollektoroptik 581 ist als Doppelpfeil dargestellt, der eine Hauptebene der zweiten Kollektoroptik 581 definiert. Die zweite Kollektoroptik 581 kann eine Einzellinse, eine Doppellinse oder ein mehrgliedriges Linsensystem umfassen.
Die kollimierende Abbildungsoptik 580 ist in 3D gezeigt. Die zweite Kollektoroptik 581 kollimiert das erste Leuchtfeld 514 und bildet somit dessen Fernfeld als transformiertes Leuchtfeld in die Lichtquellenausgangsebene 531 ab.
Eine Änderung des Strahlquerschnitts auf dem zweiten streuenden Element SE2 512 mit der zweiten Abmessung L2, bzw. des Durchmessers, bewirkt eine Änderung der Größe des ersten Leuchtfeldes 514. Eine Änderung des Strahlquerschnitts auf dem zweiten streuenden Element SE2 512, bzw. der Größe des ersten Leuchtfeldes 514 hat großen Einfluss auf den Wert der dritten numerischen Apertur in der Lichtquellenausgangsebene 531. Dagegen hat eine Änderung der Größe des ersten Leuchtfeldes 514 nur sehr geringen Einfluss auf den Strahlquerschnitt mit der dritten Abmessung L3, bzw. des Durchmessers, in der Lichtquellenausgangsebene 531. Durch die Einstellung der zweiten numerischen Apertur und des Strahlquerschnitts mit der zweiten Abmessung L2 auf dem zweiten streuenden Element SE2 512 kann der Lichtleitwert in der Objektebene definiert verändert werden.
Wenn die nachfolgende Beleuchtungsoptik eines Operationsmikroskops als eine Köhler-Beleuchtung ausgebildet ist, beeinflusst bereits eine Änderung der dritten numerischen Apertur in der Lichtquellenausgangsebene 531 die Leuchtfeldgröße in der Objektebene des Operationsmikroskops.
Wenn die nachfolgende Beleuchtungsoptik eines Operationsmikroskops als ein Spot-Beleuchtungsstrahlengang ausgebildet ist, wird die Leuchtfeldgröße in der Objektebene des Operationsmikroskops sowohl durch eine Änderung der dritten numerischen Apertur, als auch durch den Strahlquerschnitts mit der zweiten Abmessung L2 auf dem zweiten streuenden Element SE2 512, bzw. die Größe des ersten Leuchtfeldes 514 verändert. Um das Leuchtfeld in der Objektebene signifikant zu verkleinern, sind der Wert der dritten numerischen Apertur und die Größe des ersten Leuchtfeldes 514 zu verkleinern.
Die 4A, 4B, 5A und 5B veranschaulichen die Wirkung eines afokalen Zoomsystems mit zwei verschiedenen Varianten einer Abbildungsoptik 430, 530, die entweder als beidseitig telezentrische Abbildungsoptik 470 oder als kollimierende Abbildungsoptik 580 ausgebildet sein kann. Diese Figuren veranschaulichen die Wirkung, dass die Streuwinkelbreite des zweiten streuenden Elements SE2 412, 512 gegenüber der Strahldivergenz des kollimierten Beleuchtungslichtstrahls vor dem zweiten Streuelement SE2 412, 512 dominiert.
Die 6 zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel einer Beleuchtungseinrichtung für ein Operationsmikroskop mit einer Laserlichtquelle, einer Weißlichtquelle und einer beidseitig telezentrischen Abbildungsoptik in einer schematischen Darstellung.
Die 6 zeigt eine erste Baugruppe 691 mit einer Laserlichtquelle, so wie diese in der 3A beschrieben ist. Die Laserlichtquelle strahlt Laserlicht ab, das zur Fluoreszenzanregung geeignet ist. Das Beleuchtungslicht der Laserlichtquelle ist schematisch durch einen Pfeil dargestellt, der mit „b“ bezeichnet ist. Das von einem ersten Leuchtfeld LF1 614 mit einer zweiten numerischen Apertur abgestrahlte Beleuchtungslicht wird über eine Abbildungsoptik 630, die als eine beidseitig telezentrische Abbildungsoptik 670 ausgebildet ist, zu einer Lichtquellenausgangsebene 631 geführt. Die beidseitig telezentrische Abbildungsoptik 670 ist in den 3C, 4A und 4B beschrieben. In der Lichtquellenausgangsebene 631 ist ein Lichtleiter 632 angeordnet, der das Beleuchtungslicht zu einem Operationsmikroskop leitet.
Die 6 unterscheidet sich von den Ausführungsformen, die in den 3C, 4A und 4B gezeigt sind, dadurch, dass in dem Strahlengang zwischen dem ersten Leuchtfeld LF1 614 und einem ersten Linsenelement 671 ein optische Einkopplungselement OEE 620 angeordnet ist. Das von dem ersten Leuchtfeld LF1 614 abgestrahlte Beleuchtungslicht wird in Reflexionsrichtung über das optische Einkopplungselement OEE 620 geführt.
Eine fünfte Baugruppe 696 umfasst eine zweite Lichtquelle, die als Weißlichtquelle oder RGB-Lichtquelle ausgebildet ist. Das Beleuchtungslicht der zweiten Lichtquelle ist schematisch durch einen Pfeil dargestellt, der mit „a“ bezeichnet ist. Der Ausgang der fünften Baugruppe 696 mit der zweiten Lichtquelle bildet ein zweites Leuchtfeld LF2 623. Das von dem zweiten Leuchtfeld LF2 623 abgestrahlte Beleuchtungslicht wird in Transmissionsrichtung durch das das optische Einkopplungselement OEE 620 geleitet. Das optische Einkoppelelement OEE 620 ist beispielsweise durch eine wellenlängenselektive Teilerplatte gebildet. Die Teilerplatte ermöglicht den Durchlass für weißes Licht in Transmissionsrichtung und eine Ablenkung von Fluoreszenzanregungslicht in Reflexionsrichtung.
Das optische Einkopplungselement OEE 620 bewirkt die Kopplung des Beleuchtungslichtes der ersten Baugruppe 691 mit der Laserlichtquelle und des Beleuchtungslichtes der fünften Baugruppe 696 mit der zweiten Lichtquelle in einen gemeinsamen Strahlengang. Das gekoppelte Beleuchtungslicht wird durch die beidseitig telezentrische Abbildungsoptik 670 zu der Lichtquellenausgangsebene 631 geführt und in den Lichtleiter 632 eingekoppelt. Der Lichtleiter 632 leitet das gekoppelte Beleuchtungslicht durch den Beleuchtungsstrahlengang des Operationsmikroskops zu einer Objektebene. Das Leuchtfeld in der Objektebene, das durch das Beleuchtungslicht der erste Baugruppe 691 mit einer Laserlichtquelle erzeugt wird, ist dabei unabhängig von dem Leuchtfeld, dass durch die fünfte Baugruppe 696 mit der zweiten Lichtquelle erzeugt wird, einstellbar. Das gleiche gilt für den Lichtleitwert.
In einer alternativen Ausführungsform ist die Anordnung der fünften Baugruppe 696 mit der zweiten Lichtquelle und der ersten Baugruppe 691 mit der der Laserlichtquelle vertauscht, so wie dies durch den Doppelpfeil 699 angedeutet ist. In dieser Ausbildungsform ist das optische Einkoppelelement OEE 620 derart ausgebildet, dass das Laserlicht in Transmissionsrichtung und das Beleuchtungslicht der zweiten Lichtquelle in Reflexionsrichtung über das optische Einkoppelelement OEE 620 geführt ist.
Die 7 zeigt ein sechstes Ausführungsbeispiel einer Beleuchtungseinrichtung für ein Operationsmikroskop mit einer Laserlichtquelle, einer Weißlichtquelle und einer kollimierenden Abbildungsoptik in einer schematischen Darstellung.
Die 7 zeigt die gleichen Komponenten, wie diese bereits in der 6 dargestellt sind, wobei die Bezugszeichen um 100 erhöht sind. Die 7 unterscheidet sich von der Ausführungsform gemäß der 6 dadurch, dass eine Abbildungsoptik 730 als kollimierende Abbildungsoptik 780 ausgeführt ist, wie diese in der 3D beschrieben ist.
Das von der erste Baugruppe 791 mit einer Laserlichtquelle abgestrahlte Beleuchtungslicht und das von einer fünften Baugruppe 796 mit einer zweiten Lichtquelle abgestrahlte Beleuchtungslicht wird über ein optische Einkoppelelement OEE 720 in einen gemeinsamen Strahlengang einer kollimierenden Abbildungsoptik 780 eingekoppelt. Das gekoppelte Beleuchtungslicht wird über einen Lichtleiter 732 und den Beleuchtungsstrahlengang eines Operationsmikroskops zu einer Objektebene geleitet. Das Leuchtfeld in der Objektebene, das durch das Beleuchtungslicht der erste Baugruppe 791 mit einer Laserlichtquelle erzeugt wird, ist dabei unabhängig von dem Leuchtfeld, dass durch die fünften Baugruppe 796 mit der zweiten Lichtquelle erzeugt wird, einstellbar. Das gleiche gilt für den Lichtleitwert.
Die 8A zeigt eine Anordnung von kollimiert angeordneten Laserlichtquellenmodulen, deren Beleuchtungslicht durch ein Fokussierelement auf dem ersten streuenden Element SE1 fokussiert ist.
Die 8A zeigt ein erstes Laserlichtquellenmodul 801A, ein zweites Laserlichtquellenmodul 801B und ein drittes Laserlichtquellenmodul 801C, die kollimiert entlang einer optischen Achse 802 angeordnet sind. Das von dem ersten Laserlichtquellenmodul 801A, dem zweiten Laserlichtquellenmodul 801B und dem dritten Laserlichtquellenmodul 801C abgestrahlte kollimierte Laserlicht wird durch ein Fokussierelement 804 auf einem ersten streuenden Element SE1 806 fokussiert. Das Laserlicht der drei Laserlichtquellenmodule 801A, 801B, 801C wird auf eine gemeinsame erste Ebene 807 in einem ersten Strahlquerschnitt 808 mit einer ersten Abmessung L1 fokussiert. Der erste Strahlquerschnitt 808 kann beugungsbegrenzt punktförmig sein.
Das erste streuende Element SE1 806 bildet eine resultierende Primärlichtquelle der überlagerten Laserlichtquellenmodule. Die resultierende Primärlichtquelle hat eine hohe Leuchtdichte. Von dem ersten streuenden Element SE1 806 wird ein erstes gestreutes Strahlbündel 809 abgestrahlt. Die erste numerische Apertur NA(SE1) ist durch die Streuwirkung des ersten streuenden Elements SE1 definierbar.
In einer Ausführungsform strahlen das erste Laserlichtquellenmodul 801A, das zweite Laserlichtquellenmodul 801B und das dritte Laserlichtquellenmodul 801C Laserlicht im gleichen Wellenlängenbereich ab. Vorteilhaft addiert sich damit die Lichtleistung in einem Wellenlängenbereich. Das erste streuende Element SE1 806 bildet somit eine Primärlichtquelle, deren Lichtleistung der Summe der Lichtleistungen der drei einzelnen Laserlichtquellenmodule entspricht. Bei einer Anzahl von N Laserlichtquellenmodulen gleicher Leistung resultiert eine Primärlichtquelle mit N-facher Leistung. In einem Wellenlängenbereich kann eine hohe Leuchtdichte generiert werden.
In einer Ausführungsform strahlen das erste Laserlichtquellenmodul 801A, das zweite Laserlichtquellenmodul 801B und das dritte Laserlichtquellenmodul 801C Laserlicht in verschiedenen Wellenlängenbereichen ab. Die verschiedenen Laserlichtwellenlängen werden auf dem ersten streuenden Element SE1 806 überlagert. Vorteilhaft bildet das erste streuende Element SE1 806 eine multispektrale Primärlichtquelle.
In einer Ausführungsform sind die Laserlichtquellenmodule 801A, 801B, 801C durch Laserdiodenmodule mit einer integrierten Kollimationsoptik bzw. Fokusoptik gebildet.
In einer Ausführungsform können auch nur zwei oder mehr als die drei dargestellten Laserlichtquellemodule vorhanden sein. Dies ist beispielsweise in der 8C gezeigt. Bei nichtkreisförmigen Strahlquerschnitten der Laserlichtquellemodule 801A, 801B, 801C kann jedes Laserlichtquellenmodul 801A, 801B, 801C azimutal so gedreht werden, dass in der Überlagerung ein möglichst punktsymmetrischer Leuchtfleck im gemeinsamen Fokus entsteht. Beispielsweise können hierzu jeweils Paare gegenüberliegender Laserlichtquellemodule die gleiche Wellenlänge haben.
Die 8B zeigt eine Anordnung von Laserlichtquellenmodulen, deren Beleuchtungslicht direkt auf dem ersten streuenden Element SE1 fokussiert ist.
Die 8B zeigt die gleichen Komponenten wie die Beleuchtungsvorrichtung gemäß 8A, jedoch ohne ein Fokussierelement. Die 8B unterscheidet sich von der Ausführungsform gemäß der 8A dadurch, dass ein erstes Laserlichtquellenmodul 801D, ein zweites Laserlichtquellenmodul 801E und ein drittes Laserlichtquellenmodul 801F nicht parallel angeordnet sind. Die drei Laserlichtquellenmodule 801D, 801E, 801F sind derart in einem Winkel zueinander angeordnet, dass das abgestrahlte Laserlicht direkt auf einem ersten streuenden Element SE1 806 in eine ersten Ebene 807 in einem ersten Strahlquerschnitt 808 mit ersten Abmessung L1 fokussiert ist. Die zu der 8A beschriebenen Ausführungsformen sind auch für die Ausführungsform gemäß der 8B möglich. Die Laserlichtquellenmodule 801D, 801E, 801F können Laserlicht in einem einzelnen Wellenlängenbereich oder in verschiedenen Wellenlängenbereichen abstrahlen.
Die 8C zeigt vier Ausführungsbeispiele einer Anordnung von Laserlichtquellenmodulen senkrecht zu einer optischen Achse.
Eine erste Anordnung 816 zeigt eine runde Anordnung mit sieben Laserlichtquellenmodulen. Ein erstes Laserlichtquellenmodul ist auf der optischen Achse 802 angeordnet, weitere sechs Laserlichtquellenmodule sind kreisförmig darum herum positioniert. Die erste Anordnung ist kompakt und stellt eine hohe Lichtleistung bereit.
Eine zweite Anordnung 817 zeigt eine kreuzförmige Anordnung mit fünf Laserlichtquellenmodulen, wobei ein fünftes Laserlichtquellenmodul auf der optischen Achse 802 angeordnet ist. Eine dritte Anordnung 818 zeigt eine ring- oder kreisförmige Anordnung mit sechs Laserlichtquellenmodulen. Eine vierte Anordnung 819 zeigt eine quadratische Anordnung von vier Laserlichtquellenmodulen. Die vierte Anordnung 819 umfasst die vier äußeren Laserlichtquellenmodule der zweiten Anordnung 817 ohne das zentral angeordnete fünfte Laserlichtquellenmodul.
Die 9A zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel für ein Lichtleiterfaserbündel, das als Zweibereichsfaserbündel ausgebildet ist.
Die 9A zeigt ein Lichtleiterfaserbündel 900 in einer Seitenansicht in einer Schnittdarstellung 901, sowie ein erstes Faserende 902 und ein zweites Faserende 903 jeweils in einer Draufsicht. Das erste Faserende 902 bildet eine Lichteingangsseite 908, das zweite Faserende 903 bildet eine Lichtausgangsseite 909. Die Lichteingangsseite 908 und die Lichtausgangsseite 909 sind jeweils vertauschbar.
Das Lichtleiterfaserbündel 900 umfasst einen äußeren Faserbereich 904 und einen inneren Faserbereich 905. Das Lichtleiterfaserbündel 900 umfasst zwei Faserbereiche 904, 905 und wird deshalb als Zweibereichsfaserbündel bezeichnet. Das Lichtleiterfaserbündel hat einen runden Querschnitt und die zwei Faserbereiche 904, 905 sind konzentrisch angeordnet. Das Lichtleitfaserbündel 900 hat einen äußeren Durchmesser 906 und einen inneren Durchmesser 907, der die Grenze zwischen dem äußeren Faserbereich 904 und einen inneren Faserbereich 905 bildet. Die beiden Faserbereiche 904, 905 bilden somit voneinander abgegrenzte Faserbereiche 904, 905.
Der äußere Faserbereich 904 umfasst ungeordnete Lichtleitfasern und der innere Faserbereich 905 umfasst ungeordnete Lichtleitfasern. Jeder Faserbereich umfasst somit viele einzelne Fasern, die zwar bereichsweise getrennt, innerhalb eines Bereiches jedoch nicht sortiert angeordnet sind. Alle Lichtleitfasern in einem Faserbereich sind gleich ausgestaltet. Die Lichtleitfasern sind somit in Form, Querschnitt und den optischen Eigenschaften, beispielsweise für den Wert der numerischen Apertur, gleichartig. In einer Ausführungsform sind alle Lichtleitfasern des Lichtleiterfaserbündels 900 gleich.
Die unsortierte Anordnung bewirkt, dass ein Lichtmuster, dass an dem ersten Faserende 902, der Lichteingangsseite 908, in den äußeren Faserbereich 904 und in den inneren Faserbereich 905 in das Lichtleiterfaserbündel 900 eingekoppelt wird, an dem zweiten Faserende 903, der Lichtausgangsseite 909, in dieser Form nicht mehr zur Verfügung steht und einer lateralen Veränderung unterliegt. Ungleichförmigen Ausleuchtungen des äußeren Faserbereichs 904 und des inneren Faserbereichs 905 an der Lichteingangsseite 908 treten dagegen bei guter räumlicher Durchmischung der ungeordneten Lichtleiterfasern innerhalb der beiden Faserbereiche 904, 905 an der Lichtausgangsseite 909 aus den beiden Faserbereichen 904, 905 jeweils homogener aus.
Beispielsweise ist das Lichtleiterfaserbündels 900 rund ausgebildet und ein Lichtmuster ist dadurch gebildet, dass an der Lichteingangsseite 908 die Hälfte eines Durchmessers ausgeleuchtet ist. Dann befinden sich an der Lichteingangsseite 908 die beleuchteten Faserenden der beiden Faserbereiche 904, 905 alle in einer Durchmesserhälfte des ersten Faserendes 902 und die unbeleuchteten Faserenden der beiden Faserbereiche 904, 905 alle in der anderen Durchmesserhälfte des ersten Faserendes 902. An der Lichtausgangsseite 909 liegen die lichtführenden und die nicht-lichtführenden Faserenden in dem äußeren Faserbereich 904 und in dem inneren Faserbereich 905 dann jedoch nicht mehr in getrennten Durchmesserhälften des zweite Faserende 903, sondern sie sind, obwohl diese weiterhin getrennt in den beiden Faserbereichen 904, 905 liegen, je nach Durchmischung mehr oder weniger homogen über die beiden Faserbereiche 904, 905 verteilt.
Die 9B zeigt die Verwendung eines Zweibereichsfaserbündels gemäß der 9A.
Die 9B zeigt drei Beispiele, wie mittels eines Mehrbereichsfaserbündels, das in dieser Ausführungsform als Zweibereichsfaserbündel ausgestaltet ist, das Leuchtfeld am Ausgang der Beleuchtungslichtquelle, der Lichtquellenausgangsebene, in ein Lichtleiterfaserbündel 900 eingekoppelt und zu einer weiterführenden Beleuchtungsoptik transportiert werden kann.
In einem ersten Fall 910 wird ein erstes Beleuchtungslicht 911 mit einer ersten numerischen Apertur über den gesamten Querschnitt an der Lichteingangsseite 908 in das Lichtleiterfaserbündel 900 eingekoppelt. Der gesamte Querschnitt umfasst den äußeren Faserbereich 904 und den inneren Faserbereichs 905. Das erste Beleuchtungslicht 911 kann den Wellenlängenbereich einer Weißlichtquelle und/oder einer Laserlichtquelle umfassen. An der Lichtausgangsseite 909 steht über den gesamten Querschnitt ein zweites Beleuchtungslicht 912 mit der gleichen ersten numerischen Apertur zur Verfügung.
In einem zweiten Fall 920 wird ein drittes Beleuchtungslicht 921 mit der ersten numerischen Apertur lediglich über den Querschnitt inneren Faserbereichs 905 in das Lichtleiterfaserbündels 900 eingekoppelt. Das dritte Beleuchtungslicht 921 umfasst beispielsweise den Wellenlängenbereich einer Laserlichtquelle. An der Lichtausgangsseite 909 wird lediglich über den Querschnitt des inneren Faserbereichs 905 ein viertes Beleuchtungslicht 922 mit der gleichen ersten numerischen Apertur abgestrahlt.
In einem dritten Fall 930 wird ein fünftes Beleuchtungslicht 931 mit einer zweiten numerischen Apertur, wie im zweiten Fall 920, nur über den Querschnitt inneren Faserbereichs 905 in das Lichtleiterfaserbündel 900 eingekoppelt. Das fünfte Beleuchtungslicht 931 umfasst beispielsweise den Wellenlängenbereich einer Laserlichtquelle. An der Lichtausgangsseite 909 wird lediglich über den Querschnitt des inneren Faserbereichs 905 ein sechstes Beleuchtungslicht 932 mit der gleichen zweiten numerischen Apertur abgestrahlt.
Die 9B verdeutlicht, dass die Einkopplung von Licht auch in den Faserbereich mit dem kleineren Durchmesser möglich ist und der Wert der numerischen Apertur auch bei Durchleitung durch das Lichtleiterfaserbündel 900 erhalten bleibt. Damit kann die Lichtquelleneinheit zusammen mit dem Lichtleiterfaserbündel 900 besonders effizient für eine Beleuchtung eines Objektbereiches eingesetzt werden, die einen Spot-Beleuchtungsstrahlengang aufweist. Die Durchmischung der Lichtleiterfaserbündel verringert vorteilhaft Inhomogenitäten im Leuchtfeld in der Objektebene.
Das Lichtleiterfaserbündel 900 ist ebenso genauso geeignet, in Kombination mit einer Köhler-Beleuchtung eingesetzt zu werden. Außerdem kann es auch zusammen mit anderen Lichtquellen, insbesondere Weißlichtquellen, verwendet werden.
Wenn das Leuchtfeld einer Weißlichtquelle beispielsweise durch einen Wabenkondensor gebildet ist, der durch eine Abbildungsoptik in der Lichtquellenausgangsebene auf die Lichteingangsseite 908 des Lichtleiterfaserbündels 900 abgebildet wird, so ist vorteilhaft an der Lichtausgangsseite 909 des gut durchmischten Lichtleiterfaserbündels 900 die Wabenstruktur in der Lichtverteilung nicht mehr sichtbar. Das Wabenmuster schlägt somit nicht in das Leuchtfeld der Objektebene des Operationsmikroskops durch. Auch wenn beispielsweise das erste Leuchtfeld einer Laserlichtquelle durch einen Wabenkondensor gebildet wird, und diese Lichtquelle zusammen mit einen Spot-Beleuchtungsstrahlengang eingesetzt wird, kann durch das Lichtleiterfaserbündel 900 eine gute Homogenität des Leuchtfeldes in der Objektebene bewirkt werden.
Die 9C zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel für ein Lichtleiterfaserbündel, das als Mehrbereichsfaserbündel ausgebildet ist.
Die 9C zeigt eine Seitenansicht eines Lichtleiterfaserbündels 940 in einer Schnittdarstellung, sowie ein erstes Faserende 942, und ein zweites Faserende 943 jeweils in einer Draufsicht. Das Lichtleiterfaserbündel bildet ein Mehrbereichsfaserbündel und umfasst vier getrennte Bereiche. Ein erster Faserbereich 944 bildet einen äußeren Faserbereich. Danach sind ein zweiter Faserbereich 945, ein dritter Faserbereich 946 und ein vierter Faserbereich 947 angeordnet. Der vierte Faserbereich 947 bildet einen inneren Faserbereich. Jeder Faserbereich umfasst viele einzelne Fasern, die zwar bereichsweise getrennt, innerhalb eines Faserbereiches jedoch unsortiert angeordnet sind. In einer Ausführungsform können auch drei oder mehr als vier Faserbereiche in dem Lichtleiterfaserbündels 940 angeordnet sein. Das Mehrbereichsfaserbündel umfasst somit eine Anzahl n disjunkter Faserbereiche. In der 9C sind die Faserbereiche 944, 945, 946, 947 konzentrisch angeordnet.
Wenn ein Lichtleiterfaserbündel als Zweibereichsfaserbündel oder als Mehrbereichsfaserbündel ausgebildet ist und die Fasern in jedem Faserbereich gut durchmischt sind, dann wird eine sehr homogene Beleuchtung in der Objektebene erreicht. Die homogene gute Beleuchtungsqualität ist sowohl für eine Weißlichtquelle als auch eine Laserlichtquelle oder eine Kombination beider Lichtquellen erreichbar.
Bezugszeichenliste

100, 200: Beleuchtungsvorrichtung
101, 201, 301, 401, 501: Laserlichtquelle
102, 202, 402, 502, 802: Erste optische Achse
103,303,403,503: Laserlicht
104,204,404,504: Fokusoptik
105, 305, 405, 505: Laserlicht
106, 206, 306,406, 506, 806: Erstes streuendes Element SE1
107, 207,407, 507, 807: Erste Ebene
108, 308, 808: Erster Strahlquerschnitt
109, 409, 509, 809: Erstes gestreute Strahlenbündel
110, 210, 310,410, 510: Kollektoroptik OS1
111, 411, 511: Kollimierter Strahlengang
112, 212, 312, 412, 512: Zweites streuendes Element SE2
113, 213, 413, 513: Zweite Ebene
114, 214, 314,414, 514, 614, 714: Erstes Leuchtfeld LF 1
115, 415, 515: Beleuchtungslicht, von zweitem streuenden Element SE2
120, 220, 620, 720: Optische Einkopplungselement OEE
121, 221: Zweite Lichtquelle
122, 222: Zweite optische Achse
123, 623, 723: Zweites Leuchtfeld LF2
130, 230, 330, 430, 530, 630, 730: Abbildungsoptik
131, 231, 331,431, 531, 631, 731: Lichtquellenausgangsebene
132, 632, 732: Lichtleiter
140: Operationsmikroskop
141: Hauptobjektiv
142: Dritte optische Achse
143: Beleuchtungsoptik
150: Objektebene
224: Erste rote Einzellichtquelle
225: Zweite grüne Einzellichtquelle
226: Dritte blaue Einzellichtquelle
227: Trichroitischer Strahlteiler
228: Wabenkondensor
233: Erste Linse
234: Zweite Linse
235: Dritte Linse
251: Erste Kollektorlinse
252: Zweite Kollektorlinse
253: Dritte Kollektorlinse
254: Erste Zusatzlinse
255: Zweite Zusatzlinse
360, 460, 560: Afokales Zoomsystem
461,561: Erste Linsengruppe
462, 562: Zweite Linsengruppe
463, 563: Dritte Linsengruppe
464, 564: Vierte Linsengruppe
370, 470, 670: Beidseitig telezentrische Abbildungsoptik
371, 471, 671: Erstes Linsenelement
372, 472, 672: Zweites Linsenelement
380, 580, 780: Kollimierende Abbildungsoptik
381, 581, 781: Zweite Kollektoroptik
390: Erste Lichtquelleneinheit
391, 691, 791: Erste Baugruppe
392: Zweite Baugruppe
393: Dritte Baugruppe
394: Vierte Baugruppe
395: Zweite Lichtquelleneinheit
696, 796: Fünfte Baugruppe
699, 799: Doppelpfeil
801A, 801D: Erstes Laserlichtquellenmodul
801B,801E: Zweiter Laserlichtquellenmodul
801C, 801F: Drittes Laserlichtquellenmodul
804: Fokussierelement
816: Erste Anordnung
817: Erste Anordnung
818: Dritte Anordnung
819: Vierte Anordnung
900: Lichtleiterfaserbündel
901: Schnittdarstellung
902, 942: Erstes Faserende
903, 943: Zweites Faserende
904: Äußerer Faserbereich
905: Innerer Faserbereich
906: Äußerer Durchmesser
907: Innerer Durchmesser
908: Lichteingangsseite
909: Lichtausgangsseite
910: Erster Fall
911: Erstes Beleuchtungslicht
912: Zweites Beleuchtungslicht
920: Zweiter Fall
921: Drittes Beleuchtungslicht
922: Viertes Beleuchtungslicht
930: Dritter Fall
931: Fünftes Beleuchtungslicht
932: Sechstes Beleuchtungslicht
940: Lichtleiterfaserbündel
944: Erster Faserbereich
945: Zweiter Faserbereich
946: Dritter Faserbereich
947: Vierter Faserbereich

Claims

Lichtquelleneinheit für ein Operationsmikroskop (140), umfassend - eine Laserlichtquelle (101, 201, 301, 401, 501), - ein erstes streuendes Element SE1 (106, 206, 306,406, 506, 806), das eine erste Ebene (107, 207, 407, 507, 807) definiert, - ein zweites streuende Element SE2 (112, 212, 312, 412, 512), das eine zweite Ebene (113, 213, 413, 513) definiert, - eine zwischen dem ersten streuenden Element SE1 (106, 206, 306, 406, 506, 806) und dem zweiten streuenden Element SE2 (112, 212, 312, 412, 512) angeordnete Kollektoroptik OS1 (110, 210, 310, 410, 510) mit einer ersten Brennweite f und einem ersten Brennpunkt P1, wobei der erste Brennpunkt P1 der Kollektoroptik OS1 (110, 210, 310, 410, 510) in der ersten Ebene (107, 207, 407, 507, 807) auf dem ersten streuenden Element SE1 (106, 206, 306, 406, 506, 806) liegt, wobei das von der Laserlichtquelle (101, 201, 301, 401, 501) abgestrahlte Laserlicht (105, 305, 405, 505) in der ersten Ebene (107, 207, 407, 507, 807) auf dem ersten streuenden Element SE1 (106, 206, 306, 406, 506, 806) auf einem ersten Strahlquerschnitt (108, 308, 808) mit einer ersten Abmessung L1 fokussiert ist, wobei das von dem ersten streuenden Element SE1 (106, 206, 306, 406, 506, 806) ausgehende gestreute Strahlenbündel (109, 409, 509, 809) mit der ersten numerischen Apertur NA(SE1) durch die Kollektoroptik OS1 (110, 210, 310, 410, 510) nach unendlich abgebildet ist und in der zweiten Ebene (113, 213, 413, 513) auf dem zweiten streuenden Element SE2 (112, 212, 312, 412, 512) einen zweiten Strahlquerschnitt mit einer zweiten Abmessung L2 erzeugt, wobei das zweite streuende Element SE2 (112, 212, 312, 412, 512) an jeder Stelle im Strahlquerschnitt in der zweiten Ebene (113, 213, 413, 513) jeweils ein Bündel Beleuchtungslicht (115, 415, 515) mit einer zweiten numerischen Apertur NA(SE2) abstrahlt, wobei das von dem zweiten streuenden Element SE2 (112, 212, 312, 412, 512) ausgehende Beleuchtungslicht (115, 415, 515) ein erstes Leuchtfeld (114, 214, 314, 414, 514, 614, 714) bildet, wobei das erste Leuchtfeld (114, 214, 314, 414, 514, 614, 714) durch eine Beleuchtungsoptik in eine Objektebene (150) abbildbar ist.
Lichtquelleneinheit nach Anspruch 1, wobei die streuende Wirkung des ersten streuenden Elements SE1 (106, 206, 306, 406, 506, 806) über dessen Fläche konstant.
Lichtquelleneinheit nach Anspruch 1, wobei die streuende Wirkung des ersten streuenden Elements SE1 (106, 206, 306, 406, 506, 806) über dessen Fläche unterschiedlich ist.
Lichtquelleneinheit nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die erste Abmessung L1 des ersten Strahlquerschnitts (108, 308, 808) in der ersten Ebene (107, 207, 407, 507, 807) einen Wert in dem Bereich zwischen 0,1 mm bis 5 mm aufweist.
Lichtquelleneinheit nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das erste streuende Element SE1 (106, 206, 306, 406, 506, 806) auf einem Wechsler angeordnet ist, wobei der Wechsler mindestens zwei erste streuende Element SE1 (106, 206, 306, 406, 506, 806) umfasst, die jeweils eine unterschiedliche Streuwirkung aufweisen.
Lichtquelleneinheit nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Kollektoroptik OS1 (110, 210, 310, 410, 510) durch eine einzelne Linse ausgebildet ist.
Lichtquelleneinheit nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Kollektoroptik OS1 (110, 210, 310, 410, 510) mindestens zwei Linsen (251, 252, 253) umfasst, sodass die erste Brennweite der Kollektoroptik OS1 (110, 210, 310, 410, 510) variabel einstellbar ist.
Lichtquelleneinheit nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die streuende Wirkung des zweiten streuenden Elements SE2 (112, 212, 312, 412, 512) über dessen Fläche konstant ist.
Lichtquelleneinheit nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das zweite streuende Element SE2 (112, 212, 312, 412, 512) auf einem Wechsler angeordnet ist, wobei der Wechsler mindestens zwei zweite streuende Element SE2 (112, 212, 312, 412, 512) umfasst, die jeweils eine unterschiedliche Streuwirkung aufweisen.
Lichtquelleneinheit nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei im Strahlengang nach dem zweiten streuenden Element SE2 (112, 212, 312, 412, 512) eine Abbildungsoptik (130, 230, 330, 430, 530, 630, 730) angeordnet ist.
Lichtquelleneinheit nach Anspruch 10, wobei die Abbildungsoptik (130, 230, 330, 430, 630) als eine endliche Abbildungsoptik ausgebildet ist, die das erste Leuchtfeld (114, 214, 314, 414, 514, 614, 714) mit einem Abbildungsmaßstab Beta in eine Lichtquellenausgangsebene (131, 231, 331, 431, 531, 631, 731) abbildet.
Lichtquelleneinheit nach einem der Ansprüche 10 oder 11, wobei die Abbildungsoptik (130, 230, 330, 430, 630) als eine beidseitig telezentrische Abbildungsoptik (370, 470, 670) ausgebildet ist.
Lichtquelleneinheit nach Anspruch 10, wobei die Abbildungsoptik (130, 330, 530, 730) als eine kollimierende Abbildungsoptik (380, 580, 780) ausgebildet ist.
Lichtquelleneinheit nach Anspruch 13, wobei die kollimierende Abbildungsoptik (380, 580, 780) eine zweite Kollektoroptik (381, 581, 781) mit einer zweiten Brennweite f2 umfasst.
Lichtquelleneinheit nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei nach dem zweiten streuenden Element SE2 (112, 212, 312, 412, 512) ein optisches Einkoppelelement (120, 220, 620, 720) angeordnet ist.
Lichtquelleneinheit nach einem der Ansprüche 10 bis 15, wobei die Abbildungsoptik (230) mindestens zwei Optikelemente (255, 245, 233) aufweist und ein optisches Einkoppelelement (220) zwischen den mindestens zwei Optikelementen (255, 245, 233) angeordnet ist.
Lichtquelleneinheit nach Anspruch 15 oder 16, wobei durch das optisches Einkoppelelement (120, 220, 620, 720) das erste Leuchtfeld (114, 214, 314, 414, 514, 614, 714) und ein zweites Leuchtfeld (123, 623, 723) eines zweiten Beleuchtungsstrahlengangs koppelbar sind und das gekoppelte Beleuchtungslicht nach dem Einkoppelelement in einem gemeinsamen Strahlengang zu der Lichtquellenausgangsebene (131, 231, 331, 431, 531, 631, 731) geführt ist.
Lichtquelleneinheit nach Anspruch 17, wobei das zweite Leuchtfeld (123, 623, 723) das Leuchtfeld einer Weißlichtquelle (121, 221, 696, 796) ist.
Lichtquelleneinheit nach Anspruch 17, wobei das zweite Leuchtfeld das Leuchtfeld einer Laserlichtquelle ist.
Lichtquelleneinheit nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Laserlichtquelle mindestens zwei Laserlichtquellenmodule (801A, 801B, 801C, 801D, 801E, 801F) umfasst, deren Laserlicht vereint zu dem ersten streuenden Element SE1 (806) geführt ist.
Lichtquelleneinheit nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei in der Lichtquellenausgangsebene (131, 231, 331, 431, 531, 631, 731) ein Lichtleiter (132, 632, 732) oder ein Lichtleiterfaserbündel (900, 940) angeordnet ist.
Lichtquelleneinheit nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei in der Lichtquellenausgangsebene (131, 231, 331, 431, 531, 631, 731) ein strukturierter Lichtleiter angeordnet ist.
Lichtquelleneinheit nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei in der Lichtquellenausgangsebene (131, 231, 331, 431, 531, 631, 731) ein Lichtleiterfaserbündel (900, 940) angeordnet ist, das mindestens zwei abgegrenzte Bereiche (904, 905, 944, 945, 946, 947) mit jeweils ungeordneten Lichtleitfasern aufweist.
Operationsmikroskop (140) mit einem Beleuchtungsstrahlengang und einer Lichtquelleneinheit nach einem der vorherigen Ansprüche.