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Die
Erfindung bezieht sich auf einen Adapter zum Koppeln einer Laserbearbeitungsvorrichtung
mit einem Objekt, der aufweist einen zentralen Bereich, der in den
Strahlengang der Laserbearbeitungsvorrichtung schaltbar ist, einen
Beleuchtungsstrahlengang, durch den Beleuchtungsstrahlung zur Beleuchtung
eines durch den zentralen Bereich erfaßbaren Objektfeldes leitbar
ist, und einen außerhalb
des zentralen Bereiches liegenden Randbereich, mit dem der Adapter
am Objekt und/oder an der Laserbearbeitungsvorrichtung befestigbar
ist.
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Bei
der Materialbearbeitung mittels Laserstrahlung wird oft eine Laserbearbeitungsvorrichtung zum
Abrastern der zu bearbeitenden Gebiete des Objektes mit dem Laserstrahl
eingesetzt. Die Genauigkeit der Positionierung des Laserstrahls
bestimmt dabei in der Regel die bei der Bearbeitung erzielte Präzision.
Wird der Laserstrahl in ein Bearbeitungsvolumen fokussiert, bedarf
es einer exakten dreidimensionalen Positionierung. Für eine hochgenaue Bearbeitung
ist es. deshalb in der Regel unerläßlich, das Objekt in exakt
definierter Lage zur Laserbearbeitungsvorrichtung zu halten. Für solche
Anwendungen dient der eingangs genannte Adapter, da mit ihm das
zu bearbeitende Objekt fixiert werden kann, wodurch definierte Verhältnisse
bis zum Bearbeitungsvolumen erreichbar sind. Der zentrale Bereich des
Adapters wird damit Teil des Strahlenganges.
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Dies
ist insbesondere bei der Mikrobearbeitung von Materialien notwendig,
die nur eine geringe lineare optische Absorption im Spektralbereich
der bearbeitenden Laserstrahlung aufweisen. Bei solchen Materialien
werden üblicherweise
nicht-lineare Wechselwirkungen zwischen Laserstrahlung und Material
ausgenutzt, meist in Form eines optischen Durchbruches, der im Fokus
des Laserstrahls erzeugt wird. Da die bearbeitende Wirkung dann
nur im Laserstrahlfokus stattfindet, ist es unerläßlich, den Fokuspunkt
exakt dreidimensional auszurichten. Zusätzlich zu einer zweidimensionalen
Ablenkung des Laserstrahls ist somit eine exakte Tiefeneinstellung der
Fokuslage im Strahlengang erforderlich. Der eingangs genannte Adapter
dient dazu, konstante und auch mit einer gewissen Genauigkeit bekannte
optische Verhältnisse
im Strahlengang zum Objekt sicherzustellen, indem sein zentraler
Bereich Teil des Strahlenganges ist und er Objekt und Laserbearbeitungsvorrichtung
koppelt.
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Eine
typische Anwendung für
einen solchen Adapter ist das als Femtosekunden-LASIK bekannte augenoptische
Operationsverfahren, bei dem die Laserbearbeitungsvorrichtung einen
Laserstrahl auf einen Fokuspunkt in der Größenordnung weniger Mikrometer
in die Hornhaut fokussiert. Im Fokus entsteht dann ein Plasma, das
eine lokale Trennung des Hornhautgewebes bewirkt. Durch geeignete
Aneinanderreihung der auf diese Weise erzeugten lokalen Trennungszonen
werden makroskopische Schnitte realisiert und ein bestimmtes Hornhautteilvolumen isoliert.
Durch Entnahme des Teilvolumens wird dann eine gewünschte Brechungsänderung
der Hornhaut erreicht, so daß eine
Fehlsichtigkeitskorrektur möglich
ist.
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Für dieses
LASIK-Verfahren ist aus der
US 6.373.571 eine
mit Referenzmarken versehene Kontaktlinse bekannt. Diese Kontaktlinse
wird mittels einer separaten Meßvorrichtung
einjustiert, wodurch ein relativ aufwendiger Aufbau bedingt ist.
Ein Beispiel für
einen Adapter der genannten Art ist in der
EP 1 159 986 A2 beschrieben.
Er ähnelt
der Kontaktlinse der
US 6.373.571 ,
weist aber zusätzlich
einen Rand in Form einer Halterung mit Strichmarken auf, die dem
Chirurgen eine visuelle Ausrichtung ermöglichen.
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Bei
der Materialbearbeitung mittels Laserstrahlung ergibt sich oft die
Notwendigkeit, die Durchführung
der Bearbeitung zu überwachen.
Man wünscht,
das Bearbeitungsfeld während
der Applikation der Laserstrahlung beobachten zu können. Dies gilt
insbesondere für
das genannte LASIK-Verfahren, bei dem der behandelnde Arzt das Operationsfeld beobachten
muß. Die
genannte Laserbearbeitungsvorrichtung verfügt deshalb in der Regel über ein
optisches System zur Abbildung des Gebietes, in dem die Laserstrahlung
zur Anwendung kommt. Das Bild entsteht entweder auf einer Kamera
oder in einer Zwischenbildebene, aus der dann über ein Okular eine direkte
visuelle Betrachtung möglich
ist. Die Beobachtung erfolgt durch den zentralen Bereich des Adapters
hindurch, und es ist erforderlich, daß die Laserbearbeitungsvorrichtung
das Gebiet, in dem die Laserstrahlung zur Anwendung kommt und das
als Objektfeld beobachtet wird, beleuchtet.
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Für die zur
visuellen Beobachtung nötige
Beleuchtung könnte
man daran denken, eine Lichtquelle zu verwenden, deren Strahlung
durch die Laserbearbeitungsvorrichtung läuft. Da die dort vorgesehene Optik
jedoch in der Regel eine Vielzahl von Grenzflächen aufweist, welche alle
eine gewisse Restreflektivität
haben, wird unvermeidlich ein nicht zu vernachlässigender Teil der Beleuchtungsstrahlung
in die Abbildung des Objektfeldes übergekoppelt. Dies macht sich
in der Bildebene je nach optischer Anordnung als globale Bildaufhellung
oder als helle Flecke an festen Stellen des betrachteten Objektfeldes
vor allem in dessen Zentrum bemerkbar. In jedem Fall reduzieren
die Reflexe die Bildqualität,
mit der das Objektfeld beobachtbar ist.
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Ein
weiterer denkbarer Ansatz wäre
in Form einer Pupillentrennung denkbar. Man müßte dann so vorgehen, daß die zur
Beleuchtung verwendete Lichtquelle zunächst in eine Pupillenebene
des optischen Systems der Laserbearbeitungsvorrichtung abgebildet
wird. Die Abbildung müßte dabei
so gestaltet werden, daß nur
ein äußerer Ring
der Pupillenebene Beleuchtungsstrahlung führt und das Zentrum der Pupillenebene
nur zur Abbildung des Objektfeldes benutzt wird. Die Reflektivität von Objekten,
die sich nahe der Bildebene befinden, könnte dann nicht die Abbildung
des Objektfeldes beeinträchtigen.
Die Bedingung, daß sich
alle reflektierenden Flächen
nahe einer Bildebene befinden, kann jedoch bei einem Adapter der
genannten Art regelmäßig nicht
eingehalten werden, da dessen zentraler Bereich unvermeidlich im
Strahlengang liegt und die Lage des Adapters und mithin der möglicherweise
reflektierenden Flächen
durch die Art des Objektes vorgegeben ist und somit kaum veränderbar
und insbesondere nicht unter optischen Gesichtspunkten optimal wählbar ist.
Dabei wäre
bei auch bei der geschilderten Pupillentrennung mit störender parasitärer Strahlung
zu rechnen.
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Der
Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Adapter der
eingangs genannten Art so auszubilden, daß eine Beleuchtung des Objektfeldes
ohne Beeinträchtigung
der Qualität
des durch den Beobachtungsstrahlengang erfaßten Objektfeldes auf einfache
Weise möglich
ist.
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Diese
Aufgabe wird mit einem Adapter der eingangs genannten Art gelöst, bei
dem der Beleuchtungsstrahlengang im Randbereich verläuft und
in den Randbereich eingekoppelte Beleuchtungsstrahlung direkt und/oder über den
zentralen Bereich zum Objektfeld leitet.
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Es
ist also ein wesentlicher Gedanke der Erfindung, den Beleuchtungsstrahlengang
und den Beobachtungsstrahlengang so zu trennen, daß keine unerwünschten
Reflexionen auftreten können.
Dadurch kann eine hohe Bildqualität erreicht werden. Die Erfindung
vermeidet es, das Beleuchtungslicht über dieselben Elemente einzubringen,
die für
die Beobachtung verwendet werden. Statt dessen wird für die Einkopplung
der Beleuchtungsstrahlung am Adapter der Randbereich genutzt, der
an der Abbildung des Objektfeldes nicht mitwirkt und dafür auch nicht
gedacht ist. Die Beleuchtungsstrahlung wird am Randbereich eingespeist.
Rückreflexe
in den Beobachtungsstrahlengang der Abbildung sind damit weitgehend
verhindert. Dies schließt
nicht aus, daß die am
Randbereich zugeführte
Behandlungsstrahlung auch über
den an der Abbildung teilhabenden, zentralen Bereich des Adapters
geführt
wird. Durch die Zuführung über den
Randbereich können
Störungen der
Abbildung nahezu vollständig
vermieden werden.
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Der
erfindungsgemäße Adapter
ermöglicht eine
feste Kopplung zwischen der Laserbearbeitungsvorrichtung und dem
Objekt und zugleich eine optische Beobachtung des Objektes mit guter
Qualität
zu erreichen. Der Adapter ist deshalb besonders für chirurgische
Verfahren, insbesondere am Auge, geeignet. Für diese Anwendung ist eine
Ausgestaltung vorteilhaft, bei der der zentrale Bereich ein Kontaktglas
zum Auflegen auf das Objekt aufweist und der Randbereich eine Fassung
des Kontaktglases darstellt. Üblicherweise
wird ein solches Kontaktglas zur Durchführung des chirurgischen Verfahrens
auf das Auge aufgesetzt und dort z.B. durch Vakuum fixiert. Um eine
gute optische Qualität
des Kontaktglases sicherzustellen bietet es sich an, die Vakuumfixierung
an der Fassung vorzunehmen. Es ist deshalb zweckmäßigerweise
an der dem Objekt zugewandten Seite der Fassung eine entsprechende
Fixiervorrichtung vorzusehen, die es erlaubt, den Adapter am Objekt
zu fixieren. Verwendet man eine Vakuumfixierung, kann die Fassung
geeignete Saugkanäle
aufweisen, um den Adapter durch Unterdruck auf das Auge zu saugen.
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Die
optischen Eigenschaften des Kontaktglases werden durch seine Vorderfläche und
seine Rückfläche, d.h.
die dem Objekt zugewandte Rückfläche und
die der Laserbearbeitungsvorrichtung zugewandte Vorderfläche definiert.
Beide Flächen
können
entweder plan sein, oder aber konvex oder konkav gekrümmt oder
auch asphärisch
ausgebildet werden. Das Kontaktglas muß für die Strahlung der Laserbearbeitungsvorrichtung
transparent sein. Dies gilt sowohl für die Beobachtungsstrahlung
als auch für
eventuell durch die Laserbearbeitungsvorrichtung applizierte Behandlungsstrahlung.
Als Materialien kommen deshalb übliche
optische Gläser,
aber auch transparente Kunststoffe in optischer Qualität, z.B. PMMA,
Zeonex, etc., in Frage.
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Am
Randbereich, z.B. die Fassung, wird die Beleuchtungsstrahlung für das Objektfeld
eingeleitet. Bei einer besonders einfach ausgestalteten Variante kann
die Fassung dabei ein zur Beleuchtungsstrahlung transparentes Material,
insbesondere PMMA, Polycarbonat, Zeonex oder HW 55 aufweisen.
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Die
Funktion des Adapters kann darin liegen, der zur Laserbearbeitungsvorrichtung
hin orientierten Oberfläche
des Objektes eine bestimmte Form zu verleihen bzw. für eine bekannte
Grenzfläche
zu sorgen. Beim eingangs erwähnten
LASIK-Verfahren ist es jedoch darüber hinaus notwendig, den Adapter
in vorbestimmter mechanischer Lage mit der Laserbearbeitungsvorrichtung,
die dann als Lasertherapiegerät
ausgebildet ist, zu koppeln. Dies geschieht ebenfalls über den
Randbereich, der, wie erwähnt,
beispielsweise als Fassung für
ein Kontaktglas ausgebildet werden kann. In dieser Ausführungsform
ist die zur Laserbearbeitungsvorrichtung orientierte Eingangsseite
des Adapters deshalb vorzugsweise mit geeigneten Mitteln zur festen
Verbindung mit dem zum Objekt orientierten Ausgang (z.B. distalen
Ende) der Laserbearbeitungsvorrichtung bzw. deren optischem System
ausgebildet, so daß eine
auf die Laserbearbeitungsvorrichtung bezogene feste Fixierung mittels
eines Verschlußmechanismusses
möglich
ist. Für
den Verschlußmechanismus
kommt dabei beispielsweise die Ausbildung einer Flanschfläche am Randbereich
in Frage.
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Um
die Beleuchtungsstrahlung zum Objektfeld zu leiten, ist es zweckmäßig, am
Randbereich eine spezielle Einkoppeleinrichtung für Beleuchtungsstrahlung
vorzusehen. Dabei kann es sich beispielsweise um einen Koppler für einen
Lichtwellenleiter, der die Beleuchtungsstrahlung zuführt, handeln.
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Um
die Beleuchtungsstrahlung in optimaler Weise zum Objektfeld leiten
zu können,
kann vorteilhafterweise die Einkoppeleinrichtung mit abbildender Wirkung
versehen werden, insbesondere durch eine konvexe, konkave, zylindrische
oder torische Grenzfläche.
Um bestimmte spektrale Gegebenheiten bei der Beleuchtung des Objektfeldes
zu realisieren, kann alternativ oder zusätzlich die Einkoppeleinrichtung
zum Zwecke der spektralen Filterung oder Reflexreduzierung eine
dielektrische Schicht oder absorbierende Filter, wie z.B. Farbgläser, aufweisen.
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Die
in den Randbereich eingebrachte Beleuchtungsstrahlung kann durch
geeignete Lichtquellen erzeugt und mit Lichtleitmitteln zum Objektfeld geleitet
werden. Eine einfache Realisierung für solche Lichtleitmittel stellen
reflektierende Flächen
dar. Es ist deshalb zweckmäßig, am
Randbereich mindestens eine die Beleuchtungsstrahlung reflektierende
Fläche
vorzusehen. Auch kann man daran denken, im Randbereich die Beleuchtungsstrahlung
reflektierende Lichtleitkanäle
auszubilden. Eine besonders einfache Realisierung stellt eine reflektierende Außenfläche dar,
bei der zweckmäßigerweise
das Prinzip der totalen inneren Reflexion genutzt werden kann, um
am Randbereich eingebrachte Beleuchtungsstrahlung zum Objektfeld
zu bringen.
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In
einer Variante des erfindungsgemäßen Adapters
kann eine Fassung aus transparentem Kunststoff verwendet werden,
in die ein Kontaktglas, beispielsweise ein plano-konkaves Kontaktglas
eingeklebt ist. Die Fassung dient dabei als mechanische Verbindung
zwischen Kontaktglas und der als Therapiegerät ausgebildeten Laserbearbeitungsvorrichtung.
Das Kontaktglas kann mittels eines optisch transparenten Klebestoffes
in die Fassung eingeklebt sein, wodurch die Grenzfläche zwischen
Kontaktglas und Fassung optisch transparent ist. Besonders vorteilhaft
ist es, wenn die Brechzahl des Klebestoffes eine Brechzahl aufweist,
die zwischen der Brechzahl des Materials der Fassung und der Brechzahl
des Materials des Kontaktglases liegt, weil dadurch Reflexionsverluste
beim Übergang
der Beleuchtungsstrahlung von der Fassung in das Kontaktglas minimal
sind. Zur weiteren Reduktion der Verluste können auf den Grenzflächen sowohl
der Fassung als auch des Kontaktglases optisch wirksame dielektrische
Schichten aufgebracht werden.
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Sieht
man an der Fassung eine Koppelstelle für einen Lichtwellenleiter vor,
kann die Beleuchtungsstrahlung aus einer Lichtquelle, z.B. eines Glühemissionsstrahlers
oder einer Leuchtdiode, einfach über
einen Lichtwellenleiter eingekoppelt werden. In einer zweckmäßigen Weiterbildung
werden Lichtwellenleiterbündel
verwendet. Die Einkopplung kann z.B. einen Ellipsoid-Spiegel verwenden,
wie es dem Fachmann bekannt ist. Die Lage der Eintrittsstelle kann
fast an beliebiger Stelle am Randbereich liegen kann. Durch geeignete
Reflexion, beispielsweise durch totale innere Reflexion, wird die
Strahlung innerhalb der Fassung geführt, bis sie auf die Grenzfläche vom
Kontaktglas trifft. Hier koppelt die Strahlung in das Kontaktglas über. Liegt
das Kontaktglas am zu therapierenden Auge an, so koppelt die Strahlung
nun in die Cornea über
und wird von dort in tiefere Ebenen des Auges geführt. Trifft
sie dabei auf die Iris oder auf durch die Lasertherapie hervorgerufene
Streuzentren, so wird sie gestreut, und kann über den Beobachtungsstrahlengang
der Laserbearbeitungsvorrichtung, d.h. über das Kontaktglas und die
Optik der Laserbearbeitungsvorrichtung, abgebildet werden.
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In
einer Modifikation werden mehrere Einkoppeleinrichtungen verwendet,
da sich dann eine gleichmäßige Ausleuchtung
des Objektfeldes erzielen läßt. Verwendet
man die Variante mit reflektierenden Flächen in Kombination mit mehreren
Einkoppeleinrichtungen, kann man die reflektierenden Flächen in
Facetten segmentieren und jeder Einkoppeleinrichtung eine Facette
oder eine Gruppe von Facetten zuordnen. Zusätzlich erhöht man durch getrennte Ansteuerung
der die Einkoppeleinrichtungen speisenden Lichtquellen eine selektive
Beleuchtung des Objektfeldes. Zum Beispiel sind Beleuchtungsmodi realisierbar,
bei denen das Licht selektiv nur von einer Seite auf das Objektfeld
einstrahlt.
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Verleiht
man den reflektierenden Flächen, oder
allgemein der Leitung der Beleuchtungsstrahlung im Randbereich,
abbildende Wirkung, kann erreicht werden, daß Licht, welches z.B. nach
Verlassen des Lichtleiters sich divergent ausbreitet, gezielt kollimiert
wird. Insbesondere ist es möglich,
sphärische
Oberflächen
zu verwenden. Ein schräger
Einfall des Lichtes auf diese Fläche
kann in einem Astigmatismus resultieren, der gezielt genutzt werden
kann, um das Licht so zu formen, daß in einer Schnittebene parallel
zur optischen Achse des Beobachtungsstrahlengangs der Divergenzwinkel
sehr klein ist, senkrecht dazu aber sehr groß. Damit wird das gesamte Objektfeld
in einer Ebene senkrecht zur optischen Achse der Laserbearbeitungsvorrichtung,
d.h. deren Beobachtungsstrahlengangs, effektiv ausgeleuchtet.
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In
einer optionalen Ausgestaltung kann der Randbereich eine separate
Austrittsfläche
für Beleuchtungsstrahlung
aufweisen, die es ermöglicht, auch
ein vom Adapter noch beabstandetes Objekt, insbesondere natürlich das
menschliche Auge im Falle eines LASIK-Therapiegerätes, zu beleuchten, das noch
nicht am zentralen Bereich, z.B. am Kontaktglas, des Adapters anliegt.
Dies kann für
die Justierung des Objektes auf die optische Achse der Laserbearbeitungsvorrichtung
wichtig sein. Diese weitere Austrittsfläche kann natürlich auch
eine bestimmte abbildende Wirkung aufweisen, indem man eine bestimmte
Oberflächenform
oder -eigenschaft wählt.
Besonders vorteilhaft sind z.B. sphärische Oberflächenformen,
welche eine Abbildung einer Endfläche eines Lichtleiters in eine
bestimmte Ebene erlauben. Alternativ kann auch eine torische Form oder
die Form eines umlaufenden Wulstes verwendet werden, der sich sehr
einfach durch Drehbearbeitung des Materials des Adapters realisieren
läßt. Eine
solche torische Form führt
darüber
hinaus vorteilhaft zur Auffächerung
der Beleuchtungsstrahlung und damit zu einer gleichmäßigen Beleuchtung
des Objektfeldes, auch wenn das Objekt noch nicht am zentralen Bereich
des Adapters anliegt.
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Die
Austrittsfläche, über der
die Beleuchtungsstrahlung am Randbereich des Adapters direkt oder über den
zentralen Bereich zum Objekt geführt wird,
kann alternativ oder teilweise als Streufläche gestaltet sein. Damit erreicht
man eine besonders starke Homogenisierung der Beleuchtungsstrahlung am
Objektfeld.
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Um
einen besonders kompakten Aufbau zu erreichen, ist es vorteilhaft,
die Einkoppeleinrichtung mit einer am Randbereich befestigten oder
in den Randbereich eingelassenen LED auszustatten. Diese Alternative
zu einem Lichtleiter führt
zu einem sehr kompakten Aufbau. Dabei kann die LED direkt in den Randbereich,
z.B. eine Fassung für
ein Kontaktglas, eingeklebt oder eingegossen sein. Zur Kontaktierung der
LED sind geeignete entsprechende Anschlüsse vorgesehen.
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Natürlich ist
dieses Konzept nicht auf die Verwendung einer einzelnen LED beschränkt, es
können
auch mehrere LED verwendet werden, wobei die Möglichkeit gegeben ist, alle
LED über
ein Kontaktpaar anzusteuern oder jede LED einzeln über eigene elektrische
Kontakte anzuschließen.
Ebenso ist es möglich,
LED zu Gruppen zusammenzufassen und jede Gruppe mit eigenen Kontakten
auszustatten.
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Besonders
vorteilhaft ist es, die Kontakte als ringförmige Kontaktflächen auszulegen.
Dies hat den Vorteil, daß der
Adapter in beliebiger Drehstellung aufgesetzt werden kann und in
jeder Position die LED kontaktiert werden können. Die ringförmige Kontaktfläche muß nicht
zwingend am Adapter ausgebildet werden, alternativ ist es auch möglich, geeignete Ringgegenkontakte
zu verwenden.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Kontaktierung der LED erfolgt die
Stromzuführung
ohne mechanische Kontakte. Statt dessen wird eine induktive oder
kapazitive Kopplung eingesetzt. Zu diesem Zweck ist eine geeignete
Spule vorgesehen, die beispielsweise an der Laserbearbeitungsvorrichtung
befestigt sein kann. Die Spule erzeugt ein elektromagnetisches Wechselfeld,
das in einer im Randbereich des Adapters vorgesehenen Spule eine
Wechselspannung induziert, mit der die LED betrieben wird. Auf gleicher
Weise ist auch eine kapazitive Energieübertragung möglich. Dafür ist es
sinnvoll, am Adapter und der Speiseeinrichtung zwei ausgedehnte
leitende Flächen
auszubilden, welche sich paarweise direkt gegenüberstehen und einen elektrischen
Kondensator bilden. Legt man ein Wechselfeld an, erreicht man eine
Energieübertragung
zur LED.
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Als
LED kommen Weißlicht-LED
oder auch farbige LED in Frage. Bei farbigen LED bietet es sich an,
LED in Gruppen zusammenzufassen, z.B. jede Gruppe aus rot, grün und blau
emittierenden LED zusammenzusetzen. Sind die roten, grünen und
blauen LED einzeln ansteuerbar, so kann über die Ansteuerung die Farbtemperatur
der Beleuchtung eingestellt werden. Dadurch ist es möglich, gewisse
Strukturen, wie z.B. Blutgefäße, durch
Veränderung
der Farbtemperatur der Beleuchtungsstrahlung z.B. bei grüner Beleuchtung,
besonders hervortreten zu lassen.
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Möchte man
den Adapter zumindest teilweise aus nicht-transparenten Materialien
ausbilden, wird regelmäßig eine
mehrteilige Bauweise mit einem nicht-transparenten Fassungsmaterial
und einem transparenten Kontaktglasmaterial gewählt werden. Als nicht transparentes
Material für
den Randbereich kommt z.B. Metall oder Keramik in Frage, welches gegenüber Kunststoff
eine höhere
Festigkeit und Elastizität
aufweist. In einer solchen Metallfassung sind dann geeignete optische
Elemente vorgesehen, die die Beleuchtungsstrahlung in Richtung auf
das zu beleuchtende Objektfeld leiten. Dabei kann es sich beispielsweise
um eine reflektierende Bohrung handeln, die am Randbereich zugeführte Beobachtungsstrahlung
weiterleitet. Die Bohrung kann verspiegelte Innenflächen aufweisen
und so die Beobachtungsstrahlen durch Vielfachreflexion führen. Dabei
sind in der Bohrung auch Abwinkelungen möglich. Die Bohrung kann entweder
an der Grenzfläche
von der Fassung zum Kontaktglas enden oder im unteren Bereich der
Fassung, so daß das
geführte
Licht austritt und eine Ebene unterhalb des Kontaktglases bestrahlt.
Alternativ oder zusätzlich
kann in der Bohrung auch ein abbildendes Element, z.B. eine geeignete Linse,
vorgesehen werden.
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Zum
Erreichen besonders niedriger Herstellkosten ist es möglich und
vorteilhaft, Randbereich und zentralen Bereich einstückig in
einem Bauteil zu realisieren. Damit kommen für die Herstellung beispielsweise
Spritzgußtechniken
in Frage.
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Die
Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beispielsweise
noch näher erläutert. In
den Zeichnungen zeigt:
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1 eine
schematische Darstellung einer Laserbearbeitungsvorrichtung für ein augenchirurgisches
Verfahren,
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2 eine
schematische Darstellung der Augenhornhaut eines Patienten,
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3 eine
schematische Darstellung von Beleuchtungs- und Beobachtungsstrahlengang
bei einem Adapter für
ein augenchirurgisches Verfahren,
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4 eine
schematische Schnittdarstellung eines als Kontaktglas mit Fassung
realisierten Adapters für
ein augenchirurgisches Verfahren,
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5 eine
schematische Schnittdarstellung eines einstückigen Adapters für ein chirurgisches Verfahren,
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6 eine
schematische Schnittdarstellung zur Darstellung des Beleuchtungsstrahlenganges
in einem Adapter für
ein augenchirurgisches Verfahren,
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7 einen
Adapter mit gegenüber 6 abgewandelter
Bauweise,
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8 einen
nochmals abgewandelten Adapter,
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9 eine
Schnittdarstellung für
einen Adapter für
ein augenchirurgisches Verfahren, bei dem eine Objektfeldbeleuchtung
bereits vor dem Aufsetzen auf das Auge möglich ist, und
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10 einen
Adapter für
ein augenchirurgisches Verfahren mit einer LED als Beleuchtungsquelle.
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1 zeigt
ein Behandlungsgerät
für ein
augenchirurgisches Verfahren ähnlich
dem in der
EP 1159986
A1 bzw. der
US 5549632 beschriebenen. Das
Behandlungsgerät
1 der
1 dient
dazu, an einem Auge
2 eines Patienten eine Fehlsichtigkeitskorrektur
gemäß dem bekannten
LASIK-Verfahren auszuführen.
Dazu weist das Behandlungsgerät
1 einen Laser
3 auf,
der gepulste Laser-Strahlung abgibt. Die Pulsdauer liegt dabei z.B.
im Femtosekundenbereich, und die Laserstrahlung wirkt mittels nichtlinearer
optischer Effekte in der Hornhaut auf die eingangs beschriebene
Art und Weise. Der vom Laser
3 entlang einer optischen
Achse A1 abgegebene Behandlungsstrahl
4 fällt dabei
auf einen Strahlteiler
5, der den Behandlungsstrahl
4 auf
eine Scaneinrichtung
6 leitet. Die Scaneinrichtung
6 weist
zwei Scanspiegel
7 und
8 auf, die um zueinander
orthogonale Achsen drehbar sind, so daß die Scaneinrichtung
6 den
Behandlungsstrahl
4 zweidimensional ablenkt. Eine verstellbare
Projektionsoptik
9 fokussiert den Behandlungsstrahl
4 auf
bzw. in das Auge
2. Die Projektionsoptik
9 weist
dabei zwei Linsen
10 und
11 auf. Das Behandlungsgerät
1 stellt
eine Laserbearbeitungsvorrichtung dar.
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Der
Linse 11 ist ein Adapter 12 nachgeordnet, der über eine
Halterung H fest mit der Linse 11 und damit dem Strahlengang
des Behandlungsgerätes 1 verbunden
ist. Der noch näher
zu beschreibende Adapter 12 liegt an der Hornhaut des Auges 2 an. Die
optische Kombination aus Behandlungsgerät 1 mit daran befestigtem
Adapter 12 bewirkt, daß der Behandlungsstrahl 4 in
einem in der Hornhaut des Auges 2 gelegenen Fokus 13 gebündelt wird.
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Die
Scaneinrichtung 6 wird ebenso wie der Laser 3 und
die Projektionsoptik 9 über
(nicht näher bezeichnete)
Steuerleitungen von einem Steuergerät 14 angesteuert.
Das Steuergerät 14 bestimmt
dabei die Lage des Fokus 13 sowohl quer zur optischen Achse
A1 (durch die Scanspiegel 7 und 8) sowie in Richtung
der optischen Achse A1 (durch die Projektionsoptik 9) vor.
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Das
Steuergerät 14 liest
weiter einen Detektor 15 aus, der von der Hornhaut rückgestreute
Strahlung, die den Strahlteiler 5 als Rückstrahlung 16 passiert,
ausliest. Mittels des Detektors 15 kann der Betrieb des
Lasers 3 sehr exakt gesteuert werden.
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Der
Adapter 12 sorgt dafür,
daß die
Hornhaut des Auges 2 eine gewünschte Soll-Form erhält. Das Auge 2 befindet
sich aufgrund der Anlage der Hornhaut 17 am Adapter 12 in
vorbestimmter Lage zum Adapter 12 und damit zum damit verbundenen
Behandlungsgerät 1.
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Dies
ist schematisch in 2 dargestellt, die einen Schnitt
durch die Augenhornhaut 17 zeigt. Um eine exakte Positionierung
des Fokus 13 in der Augenhornhaut 17 zu erreichen,
muß die
Krümmung der
Augenhornhaut 17 berücksichtigt
werden. Die Augenhornhaut 17 weist eine Ist-Form 18 auf,
die von Patient zu Patient unterschiedlich ist. Der Adapter 12 liegt
nun an der Augenhornhaut 17 derart an, daß er diese
in eine gewünschte
Soll-Form 19 verformt. Der genaue Verlauf der Soll-Form 19 hängt dabei
von der Krümmung
der dem Auge 2 zugewandten Fläche des Adapters 12 ab.
Durch den Adapter 12 sind bekannte geometrische und optische
Verhältnisse
für das
Einbringen und Fokussieren des Behandlungsstrahls 4 in
die Hornhaut 17 gegeben. Da die Hornhaut 17 am Adapter 12 anliegt
und dieser wiederum über
die Halterung H gegenüber
dem Strahlengang des Behandlungsgerätes 1 ortsfest ist,
kann der Fokus 13 durch Ansteuerung der Scaneinrichtung 6 sowie
der verstellbaren Projektionsoptik 9 dreidimensional exakt
in der Hornhaut 17 positioniert werden.
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Beim
Behandlungsgerät 1 ist
es während
der Therapie erforderlich, daß der
Arzt das Operationsfeld, d.h. die Augenhornhaut 17, beobachtet.
Es ist deshalb das in 3 schematisch dargestellte optische
System zur Abbildung des Operationsfeldes vorgesehen. Über den
Laserstrahlaufbau hinaus ist in das Behandlungsgerät 1 zusätzlich ein
(in 1 der Einfachheit halber nicht dargestelltes)
Beobachtungsmikroskop 20 integriert, das ein Objektfeld
F des Auges 2 auf einen Empfänger 21 abbildet.
Der Empfänger 21 kann
dabei beispielsweise als CCD-Kamera realisiert werden. Anstelle
des Empfängers 21 kann
natürlich
auch ein Okular eingesetzt werden, das auf eine Zwischenbildebene
fokussiert ist. Zur Beleuchtung für das Beobachtungsmikroskop 20 ist
der Adapter 12 so ausgebildet, daß er das Objektfeld F mit Beleuchtungsstrahlung
beaufschlagt. Der Adapter 12 ist dazu zweiteilig aufgebaut.
Er umfaßt
ein Kontaktglas 22, das an der Augenhornhaut 17 anliegt
und dieser die gewünschte
Soll-Form gibt, sowie eine Fassung 23 für das Kontaktglas 22.
Die Fassung 23 weist einen Koppler 24 auf, an
dem ein (in 3 nicht näher bezeichneter) Lichtleiter
angebracht ist, der Beleuchtungsstrahlung 25 in die Fassung 23 einbringt.
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Die
Fassung 23 leitet (in noch näher zu beschreibender Art und
Weise) die zugeführte
Beleuchtungsstrahlung 25 zum Objektfeld F, so daß dieses zur
Beobachtung mit dem Beobachtungsmikroskop 20 ausreichend
beleuchtet ist. In 3 ist zur Veranschaulichung
schematisch ein Beleuchtungsstrahl 26 eingezeichnet, der
auf die Iris 27 des Auges 2 fällt.
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Das
Beobachtungsmikroskop 20 befindet sich ebenso wie das Kontaktglas 22 auf
der optischen Achse A1 des Behandlungsgerätes 1. Das Kontaktglas 22 dient
damit nicht nur zur Führung
der Beobachtungsstrahlung des Beobachtungsmikroskops 20,
sondern auch zur Applizierung des Behandlungsstrahls 4,
wie zuvor bereits allgemein für
den Adapter 12 erläutert.
Die Oberseite 31 des zentralen Bereichs bzw. des Kontaktglases 22 stellt
dabei eine bekannte optische Grenzfläche für das Beobachtungsmikroskop 20 bereit.
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4 zeigt
den Adapter 12 schematisch in einer Schnittdarstellung.
Wie zu sehen ist, hält
die Fassung 23 das Kontaktglas 22 und weist an
ihrer Unterseite einen Saugkanal 28 auf, der es erlaubt, die
Fassung 23 mittels Unterdruck auf der Augenhornhaut 17 zu
fixieren. Das Kontaktglas 22 ist dabei in die Fassung 23 eingeklebt,
wobei ein optisch transparenter Kleber zur Anwendung kommt, dessen Brechzahl
zwischen der Brechzahl des Materials des Kontaktglases 22 und
der Brechzahl des Materials der Fassung 23 liegt. Damit
treten beim Strahlungsübergang
von der Fassung 23 in das Kontaktglas 22 nur minimale
Reflexionsverluste auf.
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Durch
Ansaugen der Fassung 23 auf die Augenhornhaut 17 wird
das in die Fassung 23 geklebte Kontaktglas 22 mit
seiner Unterseite 30 auf die Augenhornhaut 17 gepreßt, so daß die zuvor
bereits erläuterte
gewünschte
Soll-Form 19 gewährleistet
ist.
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Anstelle
der zweiteiligen Ausführung
gemäß 4 kann
der Adapter 12 auch einstückig ausgebildet werden, wie 5 zeigt.
Fassung 23 und Kontaktglas 22 sind dabei aus einem
durchgehenden Teil hergestellt, beispielsweise durch Spritzgußverfahren oder
durch ein zerspanendes Verfahren aus einem einzigen Rohteil. Die
hier beschriebenen Varianten des Adapters 12 können grundsätzlich mehrteilig oder
auch einteilig realisiert werden, insbesondere was Kontaktglas 22 und
Fassung 23 angeht.
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6 zeigt
vergrößert einen
Ausschnitt des Kontaktglases 22 mit Fassung 23.
Am Koppler 24 austretende Beleuchtungsstrahlen 26 werden über Reflexionen
zur Unterseite 30 des Kontaktglases 22 geleitet
und treten dort zur Beleuchtung des Objektfeldes aus. Dazu ist an
der Fassung 23 ein reflektierender Rand 32 vorgesehen,
der so ausgebildet ist, daß auf
ihn auftreffende Beleuchtungsstrahlen 26 unterhalb des
Brewsterwinkels auftreten und somit durch totale innere Reflexion
reflektiert werden.
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Zur
Erzeugung der Beleuchtungsstrahlung ist eine Beleuchtungseinheit 33 vorgesehen,
mit einem Glühemitter 34,
oder Gasentladungseinheit, einer Luminiszenzdiode oder einer LED
zur Abgabe der Beleuchtungsstrahlung 25. Die Beleuchtungsstrahlung 25 wird über eine
Optik 35 in einen Lichtleiter 36 eingekoppelt,
der einen Kern 37 mit relativ hoher Brechzahl und einen
Mantel 38 mit relativ niedriger Brechzahl aufweist. Solche
Lichtleiter sind im Stand der Technik bekannt. Sie führen die
Strahlung im Lichtleiter durch totale innere Reflexion. Der Lichtleiter 36 ist
an seinem Ende mit einer Hülse
versehen, die in den Koppler 24 eingesteckt ist, so daß die Beleuchtungsstrahlung 25 in
Form von Beleuchtungsstrahlung 26 vom Lichtleiter 36 in
die Fassung 23 eingekoppelt wird. Die in 6 gezeigte
Lage des Kopplers 24 ist beispielhaft. Der Koppler kann
auch andernorts an der Fassung angeordnet werden, z.B. am Rand.
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Die
Beleuchtungsstrahlen 26 treffen nach einer oder mehrerer
Reflexionen auf die Unterseite 30 des Kontaktglases 22.
Zusätzlich
oder alternativ zu dem unter geeignetem Winkel vorgesehenen Rand 32 können auch
geeignete Verspiegelungen an der Fassung 23 vorgesehen
werden, beispielsweise im Bereich des Saugkanals 28.
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Das
Austrittsverhalten der Beleuchtungsstrahlen 26 an der Unterseite 30 hängt ganz
wesentlich davon ab, ob das Kontaktglas 22 am Auge anliegt oder
nicht. Liegt das Kontaktglas 22 (noch) nicht am Auge an,
ist die Differenz zwischen Brechzahlen des Kontaktglases 22 und
der Umgebung (in der Regel Luft) sehr groß, und nur steil auf die Grenzfläche 20 treffende
Strahlen können
das Kontaktglas 22 verlassen. Liegt das Kontaktglas 22 dagegen
am Auge an, ist die Brechzahldifferenz sehr gering und nur sehr flach
auf die Grenzfläche 20 auftreffende
Strahlen werden reflektiert. Die Einkopplung einer merklichen Strahlungsmenge
in die Hornhaut 17 erfolgt also erst, wenn das Kontaktglas 22 auf
die Hornhaut 17 gelegt wird.
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7 zeigt
eine Schnittdarstellung ähnlich der 6,
wobei die Beleuchtungseinheit 33 hier nicht mit eingezeichnet
wurde. Wie bei der Ausführungsform
gemäß 6 wird
auch hier die Beleuchtungsstrahlung von der Fassung 23 über den
Rand in das Kontaktglas 22 eingekoppelt. In Abwandlung
zur Ausführungsform
der 6 ist hier in der Fassung 23 ein Kanal 39 vorgesehen,
der die Strahlung zum Kontaktglas 22 leitet. Als Material
für die
Fassung 23 kommt hier auch nicht-transparentes Material
in Frage. Um die Beleuchtungsstrahlung 25 in den Kanal 39 einzukoppeln,
ist für
die am Lichtleiter 36 divergierend abgestrahlte Beleuchtungsstrahlung 25 eine Linse 40 mit
konvexer Vorderfläche 41 und
planer Rückfläche 42 vorgesehen.
Nach der Linse 40 liegen somit im wesentlichen parallelisierte
Beleuchtungsstrahlen 26 vor, die unter einem definierten
Winkel auf eine im Kanal 39 vorgesehene Spiegelfläche 43 treffen.
Dadurch ist erreicht, daß die
Beleuchtungsstrahlen 26 mit nahezu gleichförmigem Winkel
auf die Unterseite 30 des Kontaktglases 22 auftreffen.
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Eine
Kombination der den Bauweisen der 6 und 7 zugrundeliegenden
Prinzipien zeigt 8. Hier ist zur Kollimierung
der Beleuchtungsstrahlen eine abbildende Eintrittsfläche 44 an
der Fassung 23 vorgesehen. Zwei (nicht näher bezeichnete)
Spiegelflächen
an der Fassung 23 sorgen dann wiederum für den gewünschten
flachen Einfall auf die Unterseite 30 des Kontaktglases 22.
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Die
in der Fassung 23 vorgesehenen Spiegelflächen können je
nach verwendetem Einfallswinkelbereich unterschiedlich ausgestaltet
sein. Sind die Einfallswinkel auf diese Flächen groß, z.B. nahezu streifend, können die
Flächen
unbeschichtet bleiben und man kann die totale innere Reflexion ausnutzen. Sind
die Einfallswinkel allerdings, wie in 8 eingezeichnet,
eher so, daß ein
Einfall nahe der Senkrechten erfolgt, kann die Reflektivität durch
Aufbringen von metallischen oder dielektrischen Spiegelschichten
gewährleistet
werden. Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung erlaubt es, die
in 8 lediglich als kegelige Spiegelflächen ausgebildeten
Grenzflächen mit
optischen Abbildungseigenschaften zu versehen. Auch kann es sich
bei den Spiegelflächen
um innerhalb der Fassung 23 gelegene Flächen handeln, sie müssen nicht
zwingend, wie in 8 gezeichnet, an der Außenseite
liegen.
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9 zeigt
eine weitere alternative Ausgestaltung des Adapters, wobei hier
eine Beleuchtung des Auges auch bereits vor dem Aufsetzen des Kontaktglases 22 erfolgt.
Dazu treten die Beleuchtungsstrahlen 26 nach geeigneter
Kollimierung durch eine abbildende Eintrittsfläche 44 an einer schräg zur Strahlausbreitungsrichtung
liegenden Austrittsfläche 45 aus.
Die Lage der Austrittsfläche 45 ist
so gewählt, daß die Beleuchtungsstrahlen 26 als
Strahlbündel 46 in
Richtung auf eine zu beleuchtende Stelle B abgelenkt an der Fassung 23 austreten.
Die Achse der durch die Austrittsfläche 45 definierten
Ausbreitungsrichtung des Lichtbündels 46 stellt
die optische Achse der Beleuchtung dar. Damit kann die Richtung
der Beleuchtung so gewählt
werden, daß sie
auf eine vorbestimmte Stelle trifft, die es zu beleuchten gilt.
In der Anwendung bei dem LASIK-Vertahren kann somit das Auge 2 beleuchtet
werden, während
das Kontaktglas aufgesetzt wird.
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Die
Austrittsfläche 45 kann
auch auf beliebige vorbestimmte Weise gekrümmt gestaltet werden, um dem
Bündel 42 eine
gewünschte
Divergenz zu verleihen. Damit kann man die Größe der beleuchteten Stelle
B einstellen.
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Um
die Fassung 23 am Auge 2 zu befestigen, weist
sie in der Ausführungsform
der 9 an der Unterseite einen Kragen 47 auf,
der gemeinsam mit der Austrittsfläche 45 den Saugkanal
bildet.
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Die
unterschiedlichen Bauweisen, wie sie exemplarisch anhand der 6 bis 9 erläutert wurden,
können
an einer Fassung 23 natürlich
mehrfach vorgesehen werden. Es ist also durchaus möglich und
je nach Beleuchtungsaufgabe sogar auch besonders zweckmäßig, mehrere
Einkoppelstellen, d.h. Koppler 24, vorzusehen, so daß an mehreren Stellen
der Fassung 23 Beleuchtungsstrahlung eingekoppelt wird.
Dabei müssen
die verschiedenen Einkopplungen nicht alle dieselbe Ausführungsform, beispielsweise
eine anhand der 6 bis 9 geschilderten
realisieren, sondern es sind auch beliebige Kombinationen denkbar.
Beispielsweise kann eine Bauweise zur Beleuchtung des Auges 2 bei noch
nicht aufgesetztem Kontaktglas, wie sie in 9 exemplarisch
beschrieben wurde, mit Bauweisen kombiniert werden, die erst bei
aufgesetztem Kontaktglas 22 Beleuchtungsstrahlen in die
Augenhornhaut 17 einkoppeln. Dies kann insbesondere vorteilhaft
sein, falls das über
die Austrittsfläche 45 in den
Saugkanal eingekoppelte Bündel 46 nicht
ausreicht, um bei aufgesetztem Kontaktglas 22 das Objektfeld
zu beleuchten. Bei solchen Multibeleuchtungs-Adaptoren kann man
während
der Anwendung die Beleuchtung betriebsabhängig gestalten. Z. B. kann
vor dem Aufsetzen die Beleuchtung gemäß dem Konzept der 9,
nach dem Aufsetzen gemäß einem
der anderen Konzepte erfolgen. Die Steuerung übernimmt zweckmäßigerweise
das Steuergerät 14.
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Alternativ
zur Einkopplung der Beleuchtungsstrahlung 25 mittels eines
oder mehrerer Lichtleiter 36 kann auch eine Fassung 23 verwendet
werden, die selbst über
Mittel zur Erzeugung der Beleuchtungsstrahlung verfügt. Ein
solches Beispiel ist in 10 dargestellt.
Die Fassung 23 ist mit einer LED 48 ausgestaltet,
welche sich in einer Vertiefung 49 der Fassung 23 befindet.
Die LED 48 ist über
Kontakte 50 und 51 kontaktiert.
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Die
LED 48 ist in die Vertiefung 49 mit einem transparenten,
flüssig
verarbeitbaren aushärtenden Material 52,
z.B. einem Epoxid-Harz, eingebetet. Die Kontaktstellen können als
kleine Kontaktpads ausgeführt
werden oder sich um den ganzen Umfang der Fassung 23 erstrecken,
um eine Kontaktierung in beliebiger Rotationsstellung zu ermöglichen.
Bei Kontaktpads können,
um eine Kontaktierung in beliebiger Rotationsstellung zu gewährleisten,
alternativ auch ringförmige
Gegenkontakte eingesetzt werden.
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Der
Weg der von der LED 48 ausgehenden Strahlung 53 folgt
den anhand der 6 bis 9 dargestellten
Prinzipien, d.h. die Strahlung 53 wird direkt aus der Fassung 23 auf
das Auge 2 gestrahlt, oder über das Kontaktglas 22 an
der Unterseite 30 abgestrahlt. Natürlich sind auch hier Kombinationen möglich.