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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Stereomikroskop mit einem Hauptobjektiv
variabler Schnittweite, bei dem gewährleistet ist, daß auch bei
einer Variation der Hauptobjektiv-Schnittweite ein gleichbleibender
physiologischer Seheindruck vorliegt.
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Aus
dem Gebrauchsmuster
DE
90 03 485 U1 der Anmelderin ist ein Hauptobjektiv variabler Schnittweite
für Operationsmikroskope
bekannt. Dieses Hauptobjektiv besteht im wesentlichen aus zwei gegeneinander
verschiebbaren Optik-Gruppen, wobei sich in Abhängigkeit der jeweiligen Relativ-Verschiebung
die objektseitige Schnittweite des Hauptobjektives variieren läßt. Bei
einer derartige Variation der Schnittweite resultiert jedoch u.a.
auch eine Veränderung
der Stereowinkels.
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Mit
zunehmenden Anforderungen an das optische Leistungsvermögen von
Operationsmikroskopen erweist sich ein variierender physiologischer Seheindruck,
insbesondere ein variierender Stereowinkel in Abhängigkeit
der eingestellten Schnittweite des Hauptobjektives als nachteilig
für den
Chirurgen.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Stereomikroskop zu
schaffen, das die oben genannten Nachteile des Standes der Technik vermeidet.
Angestrebt wird ein gleichbleibender physiologischer Seheindruck
im Stereomikroskop, auch wenn die objektseitige Schnittweite des
Hauptobjektives variiert wird.
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Diese
Aufgabe wird gelöst
durch ein Stereomikroskop mit den Merkmalen des Anspruches 1 oder
des Anspruches 10.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Stereomikroskopes finden
sich in den Unteransprüchen.
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Ein
geeignetes Verfahren zum Betrieb des erfindungsgemäßen Stereomikroskopes
ist Gegenstand des Anspruches 15 oder des Anspruches 16.
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Aufgrund
der erfindungsgemäßen Kopplung zwischen
der Schnittweiten-Einstellung des Hauptobjektives und dem Parallel-Versatz
der stereoskopischen Teil-Strahlengänge nach dem Hauptobjektiv
ist nunmehr gewährleistet,
daß auch
bei einer Variation der objektseitigen Schnittweite des Hauptobjektives immer
ein konstanter Stereowinkel für
den Beobachter vorliegt.
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Für die erfindungsgemäße Kopplung
existieren je nach gewünschter
Präzision
und Aufwand eine Reihe von Realisierungs-Möglichkeiten.
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Eine
weitere Beeinträchtigung
des gewünschten
konstanten physiologischen Seheindruckes resultiert bei einem Hauptobjektiv
variabler Schnittweite neben dem schnittweitenabhängigen Stereowinkel
daraus, daß die
Vergrößerung des
gesamten optischen Systems des Stereomikroskopes unter anderem auch
von der jeweiligen objektseitigen Schnittweite des Hauptobjektives
abhängt.
Beim Variieren dieser Schnittweite bleibt somit die Gesamtvergrößerung des
Stereomikroskopes nicht konstant, sondern verändert sich innerhalb bestimmter
Grenzen. Erfindungsgemäß wird deshalb
die erfaßte
objektseitige Schnittweite des Hauptobjektives nicht nur zum Konstant-Halten
des Stereowinkels herangezogen, sondern dient in einem Stereomikroskop
mit einer Vergrößerungswechsel-Einrichtung
auch als Eingangsgröße zum Konstant-Halten
der Gesamtvergrößerung des
Stereomikroskopes. Es wird dementsprechend über eine weitere, zweite Kopplung
die Eigenvergößerung der
dem Hauptobjektiv variabler Schnittweite nachgeschalteten Vergrößerungs wechsel-Einrichtung
in Abhängigkeit
der Schnittweite gesteuert oder geregelt.
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Insgesamt
resultiert somit ein konstanter physiologischer Seheindruck im Stereomikroskop
für den
Beobachter, unabhängig
von der eingestellten objektseitigen Schnittweite des Hauptobjektives.
Insbesondere für
den Einsatz des erfindungsgemäßen Stereomikroskopes
als Operationsmikroskop ergeben sich damit eine Reihe von Vorteilen.
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Vorteilhafterweise
lassen sich die erfindungsgemäßen Kopplungen über entsprechende Bedienelemente
wahlweise ab- und zuschalten, so daß der Beobachter jeweils die
Wahl zwischen verschiedenen Betriebsmodi des erfindungsgemäßen Stereomikroskopes
hat.
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Weitere
Vorteile und Einzelheiten des erfindungsgemäßen Stereomikroskopes ergeben
sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der
beiliegenden Figuren.
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Dabei
zeigt
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1 ein erstes Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Stereomikroskopes
in einer schematisierten Darstellung;
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2 ein zweites Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Stereomikroskopes
in einer schematisierten Darstellung, bei dem zusätzlich eine Kopplung
zwischen der Hauptobjektiv-Schnittweite und der Vergrößerungswechsel-Einrichtung
vorgesehen ist;
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In
1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel des
erfindungsgemäßen Stereomikroskopes
schematisiert dar gestellt. Das erfindungsgemäße Stereomikroskop umfaßt ein Hauptobjektiv
(
1) mit objektseitig variabler Schnittweite, bestehend
aus zwei separaten Linsengliedern (
1a,
1b). Das
frontseitig angeordnete, negative Linsenglied (
1a) ist
fest im Gehäuse
des Stereomikroskopes angeordnet, das positive Linsenglied (
1b)
ist entlang der optischen Achse (
14) definiert verschiebbar.
Mit Hilfe des Hauptobjektives (
1) variabler Schnittweite,
das im übrigen
dem Hauptobjektiv aus dem Gebrauchsmuster
DE 90 03 485 U1 der Anmelderin
entspricht, ist eine objektseitige Variation der Schnittweite im
Bereich 150 mm – 450
mm möglich.
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Beobachtungsseitig
folgen in den stereoskopischen Teil-Strahlengängen angeordnete optische Elemente
(2a, 2b), mit denen die stereoskopischen Teil-Strahlengänge im Bereich
zwischen dem Hauptobjektiv (1) und der nachgeordneten Vergrößerungswechseleinrichtung
(4a, 5a, 6a/4b, 5b, 6b)
definiert lateral versetzt werden können. Hierbei sei darauf hingewiesen,
daß in
der dargestellten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Stereomikroskopes
die Vergrößerungswechsel-Einrichtung
(104a, 105a, 106a; 104b, 105b, 106b)
nicht unbedingt erfoderlich ist.
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Die
beiden optischen Elemente (2a, 2b) sind als miteinander
synchronisierte Prismenwürfel
ausgeführt,
die jeweils um eine Achse (3a, 3b) drehbar sind,
welche senkrecht zu den optischen Achsen (15a, 15b)
der stereoskopischen Teil-Strahlengänge orientiert
ist. Die Prismenwürfel
greifen über
Zahnräder
jeweils in das auf der anderen Achse (3a, 3b)
angeordnete Zahnrad ein, so daß beim
Verkippen eines Prismenwürfels
ein entsprechend entgegengesetzt synchrones Verkippen des Prismenwürfels um
den gleichen Winkel-Betrag im anderen stereoskopischen Teil-Strahlengang
erfolgt. Die optischen Achsen (15a, 15b) der beiden
stereoskopischen Teilstrahlengänge
werden damit jeweils um den gleichen Betrag nach innen oder außen parallel
versetzt.
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Zur
möglichen
mechanischen Ausführung
einer derartigen Anordnung sei auf das Gebrauchsmuster
DE 93 05 447 U1 der Anmelderin
hingewiesen, wo mit Hilfe dieser Vorrichtung eine definierte wahlweise
Einstellung der Stereobasis realisiert wurde, jedoch keinerlei Kopplung
mit der Hauptobjektiv-Schnittweite vorgesehen ist.
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Den
beiden drehbaren optischen Elementen (2a, 2b)
nachgeordnet folgen in den stereoskopischen Teil-Strahlengängen angeordnete
optische Elemente einer bekannten Vergrößerungswechsel-Einrichtung
(4a, 5a, 6a/4b, 5b, 6b).
Durch entsprechendes Verschieben eines oder mehrerer optischer Elemente
der Vergrößerungswechsel-Einrichtung
(4a, 5a, 6a/4b, 5b, 6b)
kann die gewünschte Vergrößerung vom
Benutzer definiert eingestellt werden. Alternativ zur dargestellten
stufenlosen Vergrößerungswechsel-Einrichtung
kann auch ein bekannter Galilei-Wechsler mit diskreten Vergrößerungsstufen
als Vergrößerungswechsel-Einrichtung
eingesetzt werden. Ferner ist es möglich, in einer einfacheren
Ausführung
des erfindungsgemäßen Stereomikroskopes
auf die Vergrößerungswechsel-Einrichtung (104a, 105a, 106a; 104b, 105b, 106b)
zu verzichten.
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Der
Vergrößerungswechsel-Einrichtung
(4a, 5a, 6a/4b, 5b, 6b)
folgen im dargestellten Ausführungsbeispiel
beobachtungsseitig in den stereoskopischen Teil-Strahlengängen Bildaufrichtungs-Prismen (7a, 7b)
sowie Tubus- und Okularlinsen (8a, 9a/8b, 9b),
die in bekannter Art und Weise angeordnet werden.
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Desweiteren
besitzt das Stereomikroskop eine – nicht dargestellte – Beleuchtungseinrichtung mit
mindestens einer Lichtquelle sowie einem oder mehreren Umlenkelementen.
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Erfindungsgemäß wird nunmehr
durch eine Kopplung zwischen der objektseitigen Schnittweiten-Einstellung
des Hauptobjektives (1) und der Verkippung der Prismenwürfel für den Beobachter
ein konstanter Stereowinkel δS realisiert. Der Stereowinkel δS,
welcher erfindungsgemäß konstant
gehalten wird, ist desweiteren über
die beiden Prismenwürfel vor wählbar. Vor
der Operation stellt der operierende Chirurg hierzu je nach Anforderung über ein – nicht dargestelltes – Bedienelement
den gwünschten
Stereowinkel δS ein.
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Zum
Konstant-Halten des einmal eingestellten Stereowinkels δS wird
durch entsprechendes Verkippen der beiden Prismenwürfel in
Abhängigkeit
von der Schnittweite des Hauptobjektives (1) der Abstand der
beiden optischen Achsen (15a, 15b) der stereoskopischen
Teilstrahlengänge
immer konstant gehalten, auch wenn der Abstand SC unmittelbar
hinter dem Hauptobjektiv (1) und damit auch der Stereowinkel δS tatsächlich in
Abhängigkeit
der Hauptobjektiv-Schnittweite
variieren. Für
den Beobachter resultiert aufgrund der erfindungsgemäßen Kopplung
somit stets ein konstanter Stereowinkel δS unabhängig von
der jeweiligen Hauptobjektiv-Schnittweite.
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Je
nachdem, ob bei einer Schnittweiten-Variation der Abstand SC größer oder
kleiner wird, muß die
dabei resultierende Änderung δSC dieses Abstandes durch entsprechend gegenläufiges Verkippen der
beiden Prismenwürfel
dahingehend kompensiert werden, daß die optischen Achsen (15a, 15b)
der beiden stereoskopischen Teilstrahlengänge immer den gleichen, konstanten
Abstand aufweisen.
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Im
Ausführungsbeispiel
der 1 ist eine mechanische
Kopplung zwischen der Schnittweiten-Einstellung des Hauptobjektives
(1) und dem Parallelversatz der optischen Achsen (15a, 15b)
der beiden stereoskopischen Teilstrahlengänge vorgesehen, um den konstanten
Stereowinkel δS für
den Beobachter zu gewährleisten.
Hierzu ist das verschiebbare Linsenglied (1b) des Hauptobjektives
(1) variabler Schnittweite über ein Verbindungselement
(10) mit einem Spindeltrieb (11) verbunden, der
die Bewegung dieses Linsengliedes (1b) entlang der optischen
Achse (14) mit der Verkippung der nachgeordneten optischen
Elemente (2a, 2b) um die entsprechenden Schwenkachsen
(3a, 3b) in den stereoskopischen Teil-Strahlengängen koppelt.
Mindestens eines der beiden optischen Elemente (2b) ist
dabei über
ein weiteres Verbindungselement (12) ebenfalls mit dem
Spindeltrieb (11) verbunden. Angestrebt wird eine Kopplung
dergestalt, daß ein
konstanter Stereowinkel δS unabhängig
von der jeweiligen Schnittweite des Hauptobjektives (1)
vorliegt.
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Entsprechend
muß demnach
die Verkippung der Prismenwürfel
mit der. Linear-Verschiebung des beweglichen Linsengliedes (1b)
des Hauptobjektives (1) abgestimmt werden. Gegebenenfalls
ist hierfür eine
geeignete Verschiebe-Kurve am Verbindungselement (12) zwischen
dem Prismenwürfel
und dem Spindeltrieb (11) zu dimensionieren.
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Die
Einstellung der Hauptobjektiv-Schnittweite erfolgt im dargestellten
Ausführungsbeispiel manuell über ein
mit dem Spindeltrieb (11) bzw. dem verschiebbaren Linsenglied
(1b) verbundenen Betätigungselement
(13). Alternativ ist jedoch jederzeit auch eine motorische
Verstellung dieses Linsengliedes (1b) und ein entsprechendes
motorisches Verstellen der beiden Prismenwürfel über geeignete Antriebe möglich.
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Selbstverständlich kann
die in 1 schematisiert
dargestellte mechanische Kopplung zwischen der Hauptobjektiv-Schnittweite
und dem Stereowinkel δS konstruktiv auch alternativ realisiert
werden. Erfindungswesentlich ist dabei jeweils eine Kopplung dergestalt,
daß die
Konstanz des Stereowinkels δS auch bei einer Variation der objektseitigen Hauptobjektiv-Schnittweite
gewährleistet
ist.
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Ein
weiteres Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Stereomikroskopes
wird anhand der schematisierten Darstellung in 2 beschrieben.
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Das
optische System dieses Ausführungsbeispieles
des erfindungsgemäßen Stereomikroskopes
entspricht dabei im wesentlichen dem optischen System des Ausführungsbeispieles
aus 1. So umfaßt das optische
System des dargestellten Stereomikroskopes ebenfalls ein Hauptobjektiv (100)
variabler Schnittweite, bestehend aus einem feststehenden negativen
Linsenglied (100a) und einem hierzu beweglichen positiven
Linsessnglied (100b). Nachgeordnet folgen die beiden als
Prismenwürfel
ausgeführten
optischen Elemente (102a, 102b), welche jeweils
wieder um Achsen (103a, 103b) entgegengesetzt
synchron drehbar sind, die senkrecht zu den optischen Achsen (125a, 125b)
der beiden stereoskopischen Teil-Strahlengänge ausgerichtet sind. Nachgeordnet
folgt eine Vergrößerungswechsel-Einrichtung (104a, 105a, 106a/104b, 105b, 106b),
die eine stufenlose Variation der eingestellten Vergrößerung ermöglicht.
Hierzu ist eine bekannte pankratische Vergrößerungswechsel-Einrichtung vorgesehen.
Desweiteren sind in den stereoskopischen Teil-Strahlengängen Aufricht-Prismen
(107a, 107b) sowie Tubus- und Okularlinsen (108a, 109a/108b, 109b)
in bekannter Art und Weise angeordnet.
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Vom
dargestellten Ausführungsbeispiel
aus 1 unterscheidet
sich diese Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Stereomikroskopes
zum einen dadurch, daß die
Verstellung des beweglichen Linsengliedes (100b) des Hauptobjektives
(100) nunmehr über
einen motorischen Antrieb (110) erfolgt. Die jeweilige
Stellung des beweglichen Linsengliedes (100b) auf der optischen
Achse (114) wird dabei über
einen zugeordneten Encoder (111) erfaßt. Die jeweils eingestellte
Schnittweite des Hauptobjektives ist somit stets bekannt. Sowohl
die Steuerung des motorischen Antriebes (110) als auch
die Auswertung der vom Encoder (111) gelieferten Positions-Informationen übernimmt
eine zentrale Servo-Steuerung
(120).
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Entsprechend
zu den ausgewerteten Encoder-Informationen zur jeweiligen Stellung
des beweglichen Linsengliedes (100b) auf der optischen
Achse (114), d.h. der aktuell eingestellten objektseitigen Schnittweite
des Hauptobjektives (100), erfolgt über einen weiteren motorischen
Antrieb (112) die erforderliche Verkippung der beiden optischen
Elemente (102a, 102b), ausgeführt als Prismenwürfel, zum Konstant-Halten
des Stereowinkels δS.
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Die
Verkippung erfolgt wiederum über
einen Spindeltrieb (116) und ein damit gekoppeltes Hebelgestänge (117),
das den motorischen Antrieb (112) und eines der beiden
optischen Elemente (103b) miteinander verbindet. Die aktuelle
Winkelstellung der beiden optischen Elemente (102a, 102b)
und der damit von diesen bewirkte Parallelversatz der optischen Achsen
(125a, 125b) der stereoskopischen Teilstrahlengänge wird
im dargestellten Ausführungsbeispiel ebenfalls
mit Hilfe eines zugeordneten Encoders (113) erfaßt.
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Über die
zentrale Servo-Steuerung (120) ist somit eine servogesteuerte
Kopplung zwischen der Schnittweiten-Einstellung des Hauptobjektivs (100) und
dem Versatz der stereoskopischen Teil-Strahlengänge dahingehend gewährleistet,
daß auch
bei tatsächlich
variierendem Abstand δS der optischen Achsen (125a, 125b)
der stereoskopischen Teil-Strahlengänge unmittelbar hinter dem
Hauptobjektiv (100) immer ein gleichbleibender Stereowinkel δS für den Beoabchter
resultiert.
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Die
servogesteuerte Kopplung kann dabei je nach gewünschtem Aufwand entweder als
Steuer- oder Regelkreis ausgeführt
werden. Während
bei der Regelkreis-Variante wie im dargestellten Ausführungsbeispiel
der 2 die Servosteuerung
(120) laufend auch die aktuelle Verkippstellung der beiden Prismenwürfel und
den resultierenden Parallelversatz erfaßt, kann bei der Steuerkreis-Variante
eine derartige Rückkopplung
entfallen. Entsprechend weniger aufwendig ist eine derartige Ausführung der servogesteuerten
Kopplung vom regelungstechnischen Aufwand her.
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Die
erfaßten
Informationen bezüglich
der aktuellen Schnittweite des Hauptobjektives (100) werden
im dargestellten Ausführungsbeispiel
der 2 über die
Servo-Steuerung (120) nun nicht mehr lediglich zur Kopplung
mit der Winkelstellung der beiden optischen Elemente (102a, 102b)
und dem Konstant-Halten des Stereowinkels δS verwendet,
sondern desweiteren als Eingangsgröße zum Einstellen einer konstanten
Gesamtvergrößerung des
optischen Systems des erfindungsgemäßen Stereomikroskopes herangezogen.
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Hierzu
sind ein oder mehrere der optischen Elemente der Vergrößerungswechsel-Einrichtung (104a, 105a, 106a/104b, 105b, 106b)
ebenfalls mit einem motorischen Antrieb (114) verbunden,
der ein entsprechendes Verstellen entlang der optischen Achse und
damit eine definierte Einstellung der Vergrößerung ermöglicht. Ein, diesem Antrieb
(114) zugeordneter Encoder (115) erfaßt laufend
die jeweilige Vergrößerung der
Vergrößerungswechsel-Einrichtung
(104a, 105a, 106a/104b, 105b, 106b).
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Sämtliche
Encoder-Informationen werden wiederum von der zentralen Servo-Steuerung
(120) erfaßt
und entsprechend ausgewertet.
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In
diesem Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Stereomikroskopes
wird also eine weitere, zweite Kopplung realisiert, welche wiederum in
Abhängigkeit
der aktuellen objektseitigen Schnittweite des Hauptobjektives (100)
eine andere beobachterrelevante Größe des Stereomikroskopes, nämlich die
Gesamtvergrößerungs-Einstellung,
steuert oder regelt. Angestrebt wird über einen entsprechenden Steuer- oder Regelkreis
eine konstante Gesamtvergrößerung des
optischen Systems des Stereomikroskopes. Die gewünschte Gesamtvergrößerung des
erfindungsgemäßen Stereomikroskopes
ist über
ein z.B. am Stereomikroskop angeordnetes – nicht dargestelltes – Einstellelement
vom Benutzer wählbar.
Die jeweils gewählte
Gesamt-Vergrößerung wird
wie vorab beschrieben dann im Verlauf der Operation konstant gehalten.
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Die
zuletzt beschriebene Kopplung zwischen der jeweiligen Hauptobjektiv-Schnittweite
und der Gesamtvergrößerung des
optischen Systemes des Stereomikroskopes kann auch unabhängig von
der beschriebenen ersten Kopplung zur Realisierung eines konstanten
Stereowinkels in einem Stereomikroskop eingesetzt werden. Erforderlich
ist lediglich das Erfassen der Hauptobjektiv-Schnittweite und die Kopplung
mit der Gesamtvergrößerung.
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Neben
der in 2 beschriebenen
servogesteuerten Kopplung kann auch diese Kopplung über ein
Kurvengetriebe oder dgl. als mechanische Variante realisiert werden.
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Desweiteren
erweist es sich als vorteilhaft, wenn alle beschriebenen Kopplungen
mittels geeigneter Bedienelemente vom Beobachter wahlweise zu- und
abgeschaltet werden, so daß sich
eine Reihe von möglichen
Betriebsmodi für
das erfindungsgemäße Stereomikroskop
ergeben.