DE3017668A1

DE3017668A1 - Augenmikroskop

Info

Publication number: DE3017668A1
Application number: DE19803017668
Authority: DE
Inventors: Kuniomi Abe
Original assignee: Konan Camera Research Institue Inc
Current assignee: Konan Camera Research Institue Inc
Priority date: 1979-05-08
Filing date: 1980-05-08
Publication date: 1980-11-13
Also published as: GB2049216A; US4367018A; GB2049216B; DE3017668C2

Description

JA-PA 54- 56560 - 8.5.1979

JA-GM 54- 61440 - 8.5.1979

JA-PA 54-143625 - 5.11.1979

JA-GM 54-153887 - 5.11.1979

JA-GM 54-153888 - 5.11.1979 8. Mai 1980

JA-GM 54-177512 -20.12.1979 10775/Dr.v.B/Ro.

Konan Camera Research Institute 10-29, Miyanishi-cho, Nishinomiya-shi, Hyogo-ken, Japan

Augenmikroskop

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Augenmikroskop gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie einen Adapter für ein solches Augenmikroskop.

Aus der JA-OS 54-99647 ist ein Augenmikroskop der hier interessierenden Art bekannt, mit dem das Innere des Augapfels, z.B. die Endothelzellen der Cornea (Augenhornhaut) untersucht werden können. Dieses Augenmikroskop weist ein Objektivsystem auf, das ein Vorderglied in Form einer sogenannten "Kegel- oder Konuslinse" enthält. Bei der Untersuchung eines Augapfels wird die Stirnfläche des Vordergliedes auf die Hornhaut aufgesetzt und Licht zur Beleuchtung des Gesichtsfeldes wird von einer Seite der optischen Achse des Mikroskops eingespiegelt und durch das Objektiv auf das zu untersuchende Objekt geworfen. Da der Brechungsindex zwischen dem Glas und dem Hornhautgewebe jedoch 'beträchtlich ist, wird ein erheblicher Teil des Beleuchtungsiichtes an der Grenzfläche zwischen dem optischen Vorderglied des Objektivsystems und der Hornhaut reflektiert, welches sich dem Licht vom Objekt überlagert und dadurch sowohl das Gesichtsfeld als auch die Auflösung beeinträchtigt.

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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Augenmikroskop der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß solche störenden Reflexionen weitgehend vermieden werden.

Diese Aufgabe wird bei einem Augenmikroskop der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 bzw. durch den in Patentanspruch 7 gekennzeichneten Adapter gelöst.

Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Gegenstände dieser Ansprüche sind Merkmal von Unteransprüchen.

Bei einem in der erfindungsgemäßen Weise ausgebildeten bzw. mit einem erfindungsgemäßen Adapter versehenen Augenmikroskop werden die störenden Reflexionen weitestgehend unterdrückt, so daß das Gesichtsfeld ungestört und mit hoher Auflösung zur Verfügung steht.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung des optischen Systems eines Augenmikroskops, bei dem die Erfindung Anwendung finden kann ;

Fig. 2a und 2b schematische Darstellungen der Relation zwischen dem Strahlengang des Beleuchtungslichtes und dem Gesichtsfeld bei einem bekannten Augenmikroskop;

Fig. 3 eine Schnittansicht des Objektivsystems eines bekannten Augenmikroskops;

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Fig. 4 eine Schnittansicht eines Teiles eines Objektivsystems eines Augenmikroskops gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ;

Fig. 5 eine Fig. 4 entsprechende Schnittansicht einer verbesserten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 6 und 7 schematische Darstellungen der Relation zwischen dem Strahlengang des Beleuchtungslichtes und dem Gesichtsfeld bei der Ausführungsform des Augenmikroskops gemäß Fig. 5;

Fig. 8 eine Schnittansicht eines Ausführungsbeispieles eines erfindungsgemäßen Adapters, mit dem im wesentlichen die gleichen Wirkungen erzielt werden kann als mit der Ausführungsform gemäß Fig. 5; und

Fig. 9a und 9b Schnittansichten zweier verbesserter Weiterbildungen des Adapters gemäß Fig. 8.

In den Zeichnungen sind entsprechende Bauteile jeweils mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.

In Fig. 1 ist schematisch das optische System eines typischen Augapfel- oder Augenmikroskops dargestellt, mit dem das Innere eines Augapfels 1 untersucht werden kann. Das Mikroskop enthält ein Objektivsystem 3 mit einem Vorderglied 2 in Form einer Kegel- oder Konuslinse, eine Feld- oder Fokussierungslinse 4 und einen photographischen Film 5, die in der angegebenen . Reihenfolge längs einer optischen Hauptachse angeordnet sind. Zwischen der Linse 4 und der Filmebene ist ferner ein teildurchlässiger Spiegel 6 angeordnet, durch den Licht längs eines Beobachtungsstrahlenganges in ein Okular 7 reflektiert wird. Das Mikroskop enthält ferner ein optisches Beleuchtungssystem mit einer Lichtquelle 8, einer Kondensorlinse 9, einem

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Spalt 10, einer Kollimatorlinse 11 und einem seitlich von der optischen Hauptachse angeordneten Spiegel 12. Wie in der Zeichnung durch Pfeile angedeutet ist, wird das von der Lichtquelle emittierte Licht durch die Kondensorlinse 9 auf den Spalt 10 fokussiert, anschließend durch die Kollimatorlinse 11 in ein paralleles Bündel verwandelt, durch den Spiegel 12 in den Hauptstrahlengang eingespiegelt und durch das Objektiv 3 auf ein zu beobachtendes Objekt im Augapfel 11 geworfen. Das Licht vom beleuchteten Objekt fällt in entgegengesetzter Richtung durch das Objektiv 3 und wird durch die Fokussierungslinse 4 auf den photographischen Film 5 abgebildet, gleichzeitig wird ein Teil des Objektlichtes durch den teildurchlässigen Spiegel 6 in das Okular 7 geworfen, so daß das Objekt auch visuell beobachtet werden kann.

Bei einer Untersuchung mit einem bekannten Augenmikroskop dieser Art hat man bisher die Stirnfläche des aus der Konuslinse bestehenden Vordergliedes 2 entweder direkt oder unter Zwischenschaltung einer sehr dünnen Schicht einer Tränk- oder Imprägnierungsflüssigkeit auf die Augenhornhaut aufgesetzt. Wie Fig. 2a zeigt, in der der Berührungsbereich im Längsschnitt dargestellt ist, befindet sich das aus der Konuslinse bestehende Vordeirglied 2 des Objektivsystems 3 in Berührung mit der Oberfläche 15 der Hornhaut 13 und der Fokus (Objektebene) des Mikroskops ist auf die Ebene der Endothelzellen 16 der Hornhaut oder Cornea eingestellt. Mit einem parallelen Beleuchtungslichtbündel L1-L2, das vom Beleuchtungssystem des Mikroskops auf einen Objektbereich der Breite D geworfen wird, erhält man ein Objektlichtbündel S1-S2 von diesem Bereich und man sollte eigentlich das ganze Gesichtsfeld 17 der Breite D beobachten können, wie es in Fig. 2b dargestellt ist. An der Grenzfläche 15 zwischen dem aus der Konuslinse bestehenden Vorderglied 2 des Objektivsystems und der Hornhaut 13 tritt jedoch wegen des erheblichen Unterschiedes der Brechungsindizes

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von Glas und Hornhautgewebe ein reflektiertes Lichtbündel R1-R2 auf. Da die Helligkeit des reflektierten Lichtes bis zum Zehnfachen der Helligkeit des Objektlichtes betragen kann, stört das an der Grenzfläche reflektierte Licht beträchtlich mit der Ausnahme eines Bereiches 18 der Breite W, der vom reflektierten Licht nicht beeinflußt wird, jedoch nur eine Breite von etwa 20 bis 25% der Breite bzw. des Durchmessers D des Gesichtsfeldes hat. Hieran ändert sich nichts wesentliches, auch wenn zwischen das Vorderglied des Objektivsystems und die Augenhornhaut eine dünne Flüssigkeitsschicht eingebracht wird.

Das in Fig. 3 dargestellte Objektivsystem eines Augenmikroskops gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist im Prinzip in bekannter Weise aufgebaut und enthält einen Tubus 19, ein Vorderglied 2 in Form einer Kegel- oder Konuslinse sowie Linsenglieder 20 und 21. Gemäß einem Merkmal der vorliegenden Erfindung besteht das die Konuslinse bildende Vorderglied 2 aus einem transparenten optischen Material, wie Fluorit CaF₂ oder Kunstharz, das einen kleineren Brechungsindex als Glas hat und vorteilhafterweise an der Stirnfläche mit einer reflexionsvermindernden Schicht 22 überzogen ist. Bei Verwendung von Fluorit oder Flußspat, dessen Brechungsindex etwa 1,43 beträgt, als Material für das Vorderglied 2 ist das Reflexionsvermögen an der Grenzschicht zur Augenhornhaut, deren Brechungsindex etwa 1,37 beträgt, nur etwa ein Zehntel des Reflexionsvermögens als bei einem Vorderglied aus Glas, dessen Brechungsindex etwa 1,5 beträgt> so daß die Reflexion des Beleuchtungslichtes erheblich verringert wird. Hierdurch ergeben sich ein höherer Kontrast und eine Vergrößerung des Gesichtsfeldes.

Die oben erwähnten Materialien mit niedrigem Brechungsindex, insbesondere Fluorit, sind jedoch so spröde, daß das Vorderglied oft am Tubus 19 abbricht. Außerdem sind diese Materialien im Vergleich zu Glas schwierig zu bearbeiten und teuer.

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Fig. 4 zeigt eine hinsichtlich dieser Nachteile verbesserte Ausführungsform, bei der das die Konuslinse bildende Vorderglied 2 aus einem Körper 23 aus optischem Glas und einer Spitze oder einem Vorderteil 24, die aus einem der oben erwähnten Materialien mit kleinem Brechungsindex besteht und mit einem geeigneten Klebstoff oder Kitt befestigt ist. Wenn die Dicke des Vorderteils 24 oder der Spitze genügend groß bemessen wird, werden etwaige Reflexionen an der Grenzfläche zwischen dem Körper 23 und dem Vorderteil 24 die Beobachtung nicht beeinträchtigen.

Durch eine zwischen dem Vorderglied 2 des Objektivsystems und der Augenhornhaut 13 eingebrachte Tränk-, Imprägnierungsoder Immersionsflüssigkeit lassen sich zwar die Reflexionen verringern, die Wirkung ist jedoch nur gering, wenn die Flüssigkeitsschicht zu dünn ist. Fig. 5 zeigt eine Weiterbildung der Ausführungsform gemäß Fig. 4 die hinsichtlich der Vergrößerung der Dicke der Flüssigkeitsschicht verbessert ist. An der Stirnfläche des Vorderteils 24 des die Konuslinse bildenden Vordergliedes 2 ist ein kurzes rohrförmiges Bauteil 25 aus Metall oder Kunststoff befestigt. Bei Benutzung des Augenmikroskops wird in das rohrförmige Bauteil 25 eine physiologisch verträgliche Flüssigkeit eingefüllt, deren Brechungsindex zwischen dem des Vorderteiles 24 und dem der Augenhornhaut 13 liegt. Wenn der Vorderteil 24 des Vordergliedes 2 aus Fluorit besteht, kann als Zwischenflüssigkeit physiologische Kochsalzlösung verwendet werden.

Die Länge des rohrförmigen Bauteils 25 bzw. die Höhe der Seitenwand dieses Bauteils entspricht im wesentlichen der Dicke der zwischengeschalteten Flüssigkeit, deren Wirksamkeit, wie erwähnt, jedoch leidet, wenn ihre Schichtdicke zu gering ist. Welche Dicke in der Praxis erforderlich ist, soll nun anhand der Fig. 6 und 7 erläutert werden? Fig. 6 zeigt einen Grenzzustand, bei dem die innere Grenze S2 des Objektbündels

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S1-S2, das durch ein Beleuchtungsbündel· L1-L2 erzeugt wird, mit der äußeren Grenze R1 des refiektierten Lichtbündels R1-R2 von der Stirnfläche des Vordergliedes 2 zusammenfällt. Bezeichnet man die Dicke der Flüssigkeitsschicht 26, d.h. die axiale Länge des rohrförmigen Bauteils 25, mit d, so sieht man, daß das optische Bild durch das reflektierte Licht offensichtlich in einem Gesichtsfeld der Breite D nicht beeinflußt wird, wenn die Dicke der Flussigkeitsschicht größer als d ist. Der Wert der Dicke d ist jedoch eine Funktion der Vergrößerung und der numerischen Apertur des Objektivs sowie des Abstandes zwischen der Hornhautoberfiäche und dem untersuchten Objekt. Bei einem Mikroskop des hier vorliegenden Typs liegt der Wert der numerischen Apertur typischerweise zwischen 0,2 und 0,4.

Bei Verwendung des gebräuchlichsten Objektivsystems mit der Vergrößerung x20 und der numerischen Apertur 0,33, und Aufsetzen der Stirnfiäche der Konuslinse auf die Augenhornhaut zur Untersuchung der EndothelZe^en, die sich etwa 0,5 mm tief unter der Oberfiäche der Augenhornhaut befinden, betrug das Verhältnis der Breite W des beobachtbaren Gesichtsfeldes zur Breite D des gesamten Gesichtsfeldes bisher etwa 0,2 bis 0,25. Dieses Verhältnis ließ sich jedoch auf etwa 0,5 erhöhen, wie es in Fig. 7 dargestellt ist, in dem man eine 1,0 mm dicke Flüssigkeitsschicht verwendete, auch wenn das gieiche Objekt mit demseiben Objektiv beobachtet wurde. Obwohl· eine Breite W dieser Größenordnung wegen der Abmessungen des gestricheit eingezeichneten photographischen Gesichtsfeides fast ausreichen würde, ließ sich praktisch das ganze Gesichtsfeid 17 mit dem sichtbaren Gesichtsfeid 18 erfassen, wenn die Dicke der F^ssigkeitsschicht 1,5 mm betrug. Für praktische Zwecke erieichtert eine etwa 4 mm dicke Fiussigkeitsschicht die Handhabung und Untersuchungen, so daß eine soiche keitsschicht besonders vorteiihaft ist.

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Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 5 ist das rohrförmige Bauteil 26 zur Aufnahme der Flüssigkeit an der Stirnfläche des optischen Vordergliedes 2 befestigt und es ist dann schwierig, Blasen aus der Flüssigkeitschicht zu entfernen sowie die Anordnung zu reinigen, wenn die Flüssigkeitsschicht die oben erwähnte Dicke haben soll. Diese Nachteile werden durch den in Fig. 8 dargestellten Adapter 28 vermieden. Der Adapter 28 besteht aus Metall oder Kunststoff und weist, wie dargestellt, vorne einen ringförmigen Wandteil 29 auf und hinten einen Befestigungs- oder Halterungsteil 30, dessen Innenfläche auf die Außenseite des vorderen Endes des als Konuslinse ausgebildeten optischen Vordergliedes 2 paßt, so daß der Adapter leicht am Vorderglied 2 angebracht und wieder von diesem entfernt werden kann. Die Höhe des Wandteiles wird so bemessen, daß sich die oben erwähnte gewünschte Dicke der Flüssigkeitsschicht ergibt. Der Adapter ist selbst leicht zu reinigen und ermöglicht auch ein bequemes Reinigen der Stirnfläche des optischen Vordergliedes 2 des Mikroskopobjektivs .

In den Fig. 9a uid 9b sind vorteilhafte Weiterbildungen des Adapters gemäß FLg. 8 dargestellt. Der in Fig. 9a dargestellte Adapter ist mit einer kreisförmigen Trennwand 31 zwischen dem rohrförmigen Wandteil 29 und dem Halterungsteil 30 versehen und die ganze Struktur ist aus einem transparenten Material hergestellt, dessen Brechungsindex zwischen dem des optischen Vordergliedes 2 und der Hornhaut liegt» Kunststoffe sind für diesen Zweck besonders geeignet. Bei Verwendung des Adapters 28 wird der Zwischenraum 32 zwischen dem optischen Vorderglied 2 und der Trennwand 31 mit einer Flüssigkeit gefüllt, deren Brechungsindex zwischen dem des Materials des optischen Vordergliedes 2 und des der Trennwand 31 liegt und der durch den Wandteil 29 umschlossene Raum wird vorzugsweise mit einer Flüssigkeit gefüllt, deren Brechungsindex

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wenigstens annähernd mit dem der Augenhornhaut übereinstimmt. Dadurch werden Reflexionen an allen anderen Grenzflächen als an der Stirnfläche des optischen Vordergliedes 2 praktisch völlig vermieden und es kann keine Beeinträchtigung des Objektbildes durch reflektiertes Licht eintreten.

Fig. 9b zeigt einen Adapter 28, der gegenüber dem gemäß Fig. 9a dadurch weiter ausgebildet und verbessert ist, daß er an der Innenseite des Halterungsteiles und der Oberseite der Trennwand 31 mit einem kleinen stufenförmigen Absatz 33 versehen ist. Dieser stufenförmige Absatz 33 gewährleistet, daß immer ein Zwischenraum 32 nennenswerter Dicke zwischen der Stirnfläche des optischen Vordergliedes 2 und der Trennwand 31 verbleibt, so daß keine unerwünschte optische Wechselwirkung eintreten kann, selbst wenn die koppelnde Flüssigkeit im Spalt 32, die bei der Erläuterung der Ausführungsform gemäß Fig. 9a erwähnt worden war, weggelassen wird.

Da die oben beschriebenen Adapter 28 konstruktiv einfach sind und daher mit geringen Kosten in Massenfertigung hergestellt werden können, ist es manchmal zweckmäßig, die Adapter nach dem Gebrauch wegzuwerfen, anstatt sie zu reinigen und nochmals zu verwenden.

Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen hatte das optische Vorderglied des Objektivsystems die Form einer Konuslinse. Selbstverständlich kann das Vorderglied auch eine andere Form haben und z.B. aus einer ebenen Glasplatte bestehen oder irgendwie anders ausgebildet sein, so daß man nicht mehr von einer Konuslinse sprechen kann. Die Erfindung läßt sich jedoch offensichtlich auch bei solchen anderen Objektivsystemen anwenden. Es können auch andere Materialien und Konfigurationen verwendet werden.

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Claims

PATENTANWALT h

DR. DIETER V. BEZOLD

DIPL. ING. PETER SCHÜTZ

DIPL. ING. WOLFGANG HEUSLER

MARIA-THERESIA-STRASSE 22 POSTFACH 86 06 68

D-8000 MUENCHEN

TELEFON 089/47 69 476819

AB SEPT. 1980: 4 70 60 TELEX 522 TELEGRAMM SOMB6Z

JA-PA 54- 56560 - 8.5 • 1 979 JA-GM 54- 61440 - 8.5 1 1 979 JA-PA 54-1 43625 - 5.1 1 • 1979 JA-GM 54-1 53887 - 5.1 1 • 1979 JA-GM 54-1 53888 - 5.1 • 1979

JA-GM 54-177512 -20.12.1979

8. Mai 1980 10775/Dr.v.B/Ro,

Konan Camera Research Institute 10-29, Miyanishi-cho, Nishinomiya-shi, Hyogo-ken, Japan

Auqenmikroskop

Patentansprüche

Augenmikroskop mit einem Objektivsystem, welches ein optisches Vorderglied mit einer der Hornhaut eines zu untersuchenden Augapfels zugewandten Stirnfläche aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Vorderglied (2) zumindest teilweise aus einem transparenten Material besteht, dessen Brechungsindex zwischen dem von Glas und dem der Hornhaut liegt.

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2.) Augenmikroskop nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , daß das optische Vorderglied einen auf der Seite des Augapfels liegenden Vorderteil (24) und einen auf der entgegengesetzten Seite liegenden Körper (23) enthält; daß der Körper aus Glas besteht und daß der Vorderteil aus einem transparenten Material besteht, dessen Brechungsindex zwischen dem des Glases und dem der Hornhaut liegt.
3.) Augenmikroskop nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß das Vorderglied (2) an der Stirnfläche mit einem kurzen rohrförmigen Bauteil (25) zur Aufnahme einer Flüssigkeit (26) versehen ist.

4.) Augenmikroskop nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Höhe der Wand des rohrförmigen Bauteils (25) mindestens 1,5 mm beträgt.

5.) Augenmikroskop nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen Adapter (28) zur Aufnahme einer Flüssigkeit, der ein kurzes, rohrförmiges Wandteil (29) aufweist, das sich von der Stirnfläche des Vordergliedes (2) in Richtung auf den Augapfel erstreckt, und einen an den Wandteil angeformten Halterungsteil (30) enthält, der lösbar auf die Außenfläche des optischen Vordergliedes (2) aufsetzbar ist.

6.) Augenmikroskop nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Höhe des Wandteiles (29) mindestens 1,5 mm beträgt.

7.) Adapter für ein Augenmikroskop, das ein Objektivsystem enthält, welches ein optisches Vorderglied mit einer der Hornhaut eines zu untersuchenden Augapfels zugewandten Stirnfläche aufweist, dadurch gekennzeichnet,

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daß der Adapter (28) zur Halterung einer Flüssigkeit zwischen der Stirnfläche des optischen Vordergliedes (2) und der Hornhaut des Augapfels einen kurzen rohrförmigen Wandteil (29) enthält, der sich von der Stirnfläche in Richtung auf den Augapfel erstreckt und zusammenhängend mit einem Halterungsteil (30) gebildet ist, der lösbar auf die Außenfläche des optischen Vordergliedes (2) aufsetzbar ist.

8.) Adapter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß zwischen dem Halterungsteil (30) und dem Wandteil (29) eine der Stirnfläche des optischen Vordergliedes (2) gegenüberliegende Trennwand (31) vorgesehen ist, die aus einem Stück mit dem Wandteil (29) und dem Halterungsteil (30) besteht und mit diesen aus einem transparenten Material gebildet ist, dessen Brechungsindex zwischen dem des optischen Vordergliedes (2) und dem der Augenhornhaut liegt.

9.) Adapter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß am Schnittpunkt einer Innenfläche des Halterungsteiles (30) und der Oberfläche der Trennwand (31) ein stufenförmiger Absatz (33) zur Anlage an der Stirnfläche des optischen Vordergliedes (2) vorgesehen ist.

10.) Adapter nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Höhe des Wandteiles (29) mindestens 1,5 mm beträgt.

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