DE3531134C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Stereomikroskop gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein derartiges Stereomikroskop, wie es in der US-PS 41 72 639 gezeigt ist, kann zu medizinischen Zwecken, beispielsweise bei einer Operation oder einer Untersuchung, zu wissenschaftlichen Zwecken oder in industriellen Bereichen verwendet werden. Wenn eine Operation an einem Auge vorgenommen wird, so liegt deren Zweck üblicherweise darin, dessen ursprüngliche Gestalt und Funktion wieder herzustellen. Bei einer Katarakt-Operation (grauer Star) ist es wichtig, die Gestalt der Hornhaut bzw. der Kornea des Auges zurückzugewinnen. Dazu ist es notwendig, daß ein Stereomikroskop zum Messen der Korneagestalt in der Lage ist, so daß eine Erfassung der Korneagestalt vor und nach der Operation möglich ist.

Das Stereomikroskop gemäß der US-PS 41 72 639 weist eine beleuchtete Ringscheibe auf, die einen ersten Index bildet und auf der Kornea eines zu untersuchenden Auges abgebildet sowie an dieser reflektiert werden kann. Diese Abbildung kann mittels zweier Beobachtungssysteme betrachtet werden.

Wenn die Kornea eine sphärische Oberfläche aufweist, d. h. ihrer Idealform entspricht, weist die Abbildung des ersten Index eine Kreisform auf. Wenn die Kornea aber von der sphärischen Idealform abweicht und eine asphärische Oberfläche aufweist, d. h. wenn ein Korneafehler vorliegt, weicht die Abbildung des ersten Index ebenfalls von der idealen Kreisform ab und nimmt eine elliptische Form an. Damit der Benutzer des Stereomikroskops eine Abweichung der Kornea von ihrer Idealform besser wahrnehmen kann, ist im Beobachtungsstrahlengang ein als Bezugsindex dienender weiterer Index angeordnet, der beispielsweise mehrere konzentrische Kreise sowie senkrecht aufeinanderstehende Achsen aufweisen kann. Eine Meßvorrichtung umfaßt eine Skala, mittels der die Achsenlängen der Ellipse bestimmt werden können, um so ein Maß für die Abweichung der Kornea von ihrer Idealform zu erhalten.

Bei der Untersuchung von Augen ist es oftmals wünschenswert, einzelne Bereiche der Kornea vergrößert abzubilden bzw. zu betrachten. Dies ist mit einem Stereomikroskop gemäß der US-PS 41 72 639 nicht möglich. Desweiteren treten Schwierigkeiten auf, um auch bei einem variablen Abbildungsmaßstab die Abweichung der Kornea von ihrer Idealform bestimmen zu können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Stereomikroskop zu schaffen, mittels dessen die Kornea eines Auges mit unterschiedlichen Abbildungsmaßstäben betrachtet werden kann, wobei unabhängig von dem gewählten Abbildungsmaßstab eine quantitative und qualitative Bestimmung eines Korneafehlers möglich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.

Erfindungsgemäß ist es möglich, einzelne Bereiche der Kornea zu betrachten und diese Bereiche bezüglich ihrer Abweichung von der Idealform zu vermessen. Somit bietet das Stereomikroskop für einen Benutzer einen wesentlich größeren Freiheitsgrad bezüglich der Beobachtung einer Kornea sowie bezüglich der Bestimmung eines eventuellen Korneafehlers. Wenn die Kornea abschnittsweise vermessen wird, kann darüberhinaus eine sehr hohe Meßgenauigkeit erreicht werden.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Stereomikroskops sind Gegenstand der Unteransprüche.

Der Erfindungsgegenstand wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Es zeigen in schematischen Darstellungen

Fig. 1 eine erste Ausführungsform eines Stereomikroskops gemäß der Erfindung;

Fig. 2 eine Frontansicht einer Indexplatte;

Fig. 3 ein Stereomikroskop in einer zweiten Ausführungsform gemäß der Erfindung;

Fig. 4 eine Frontansicht einer Indexplatte;

Fig. 5 ein Stereomikroskop in einer dritten erfindungsgemäßen Ausführungsform;

Fig. 6 eine durch ein Okular betrachtete, von einer Kornea reflektierte Abbildung von Indices;

Fig. 7 ein Stereomikroskop in einer vierten Ausführungsform gemäß der Erfindung.

Die Fig. 1 zeigt ein optisches System zur Betrachtung eines zu untersuchenden Auges E. Das der Untersuchung unterliegende Auge E wird vom Untersuchenden durch ein vor dem Auge E befindliches Objektiv 1, durch ein Paar von längs der linken bzw. rechten optischen Achse 0 a und 0 b angeordneten optischen Systemen veränderbarer Vergrößerung 2 a und 2 b, die stufenlos veränderbar sind, durch Strahlenteiler 3 a und 3 b sowie durch optische Beobachtungssysteme Fa und Fb stereoskopisch betrachtet. Dabei ist das Objektiv 1 den beiden Beobachtungssystemen Fa, Fb gemeinsam. Eine ringförmige Lichtquelle 4 bildet einen ersten Index und ist zwischen dem Auge E und dem Objektiv 1 als ein Teil eines optischen Meßsystems angeordnet. Ein Strahlenteiler 5 liegt hinter dem Objektiv 1 auf dessen optischer Achse und ein Spiegel 6 ist zurückschwenkbar auf der optischen Achse 0 b angeordnet. Auf einer Reflexionsseite des Strahlenteilers 3 b ist eine Fokussierlinse 7 und eine aus einem zweidimensionalen ladungsgekoppelten Bauteil bestehende Sensorvorrichtung 8 angeordnet, so daß Lichtstrahlen, die vom Spiegel 6 reflektiert werden, über das optische System veränderbarer Vergrößerung 26 und den Strahlenteiler 3 b der Sensorvorrichtung 8 zugeleitet werden.

Eine Übertragungslinse 9, eine ringförmige Bezugsindexplatte 10 (s. auch Fig. 2) und eine Lichtquelle 11 sind auf der mit Bezug zum Spiegel 6 gegenüberliegenden Seite des Strahlenteilers 5 angeordnet, um ein optisches Korrektursystem für eine veränderliche Vergrößerung zu bilden.

Bei der in Rede stehenden Ausführungsform wird das vom Auge E ausgehende Strahlenbündel durch das Objektiv 1 in ein Strahlenbündel paralleler Lichtstrahlen umgewandelt, das auf das optische System veränderbarer Vergrößerung 2 a trifft. Dann wird es dem Strahlenteiler 3 a zugeführt, und ein Teil der Lichtstrahlen wird für eine Monitorüberwachung oder eine Fernsehkamera verwendet, während der übrige Teil dem Untersuchenden zugeleitet wird. In gleichartiger Weise werden die durch das Objektiv 1 auf das optische System veränderbarer Vergrößerung 2 b treffende Lichtstrahlen durch den Strahlenteiler 3 b und das optische Beobachtungssystem Fb hindurch dem Untersuchenden zugeleitet. Damit bieten die durch die optischen Beobachtungssysteme Fa und Fb hindurchtretenden Lichtstrahlen dem Untersuchenden eine stereoskopische Beobachtungsmöglichkeit des zu untersuchenden Auges E.

Andererseits bilden die Lichtstrahlen von der ringförmigen Lichtquelle 4 eine Myer-Abbildung an der Kornea C des zu untersuchenden Auges E, die an der Kornea C reflektiert wird. Die Myer-Abbildung wird durch das Objektiv 1, den Strahlenteiler 5 und den in den Strahlengang 0 b einschwenkbaren Spiegel 6 auf das optische System veränderbarer Vergrößerung 2 b gerichtet, durch den Strahlenteiler 3 b seitwärts abgelenkt und durch die Fokussierlinse 7 auf die Sensorvorrichtung 8 projiziert, so daß eine Verzeichnung der Kornea C numerisch erfaßt werden kann. Ein Teil der Lichtstrahlen wird vom Untersuchenden durch das optische Beobachtungssystem Fb betrachtet.

Die in Fig. 2 gezeigte Bezugsindexplatte 10, die einen schlitzförmigen Indexring 10 p aufweist, der einen Bezugsindex bildet, wird von der Lichtquelle 11 beleuchtet. Die von dem Indexring 10 p ausgehenden Lichtstrahlen werden durch die Übertragungslinse 9 afokal ausgerichtet, verlaufen durch den Strahlenteiler 5 hindurch, werden vom Spiegel 6 zum optischen System veränderbarer Vergrößerung 2 b gelenkt, dann durch den Strahlenteiler 3 b reflektiert und schließlich durch die Fokussierlinse 7 auf der Sensorvorrichtung 8 fokussiert. Die Größe der an der Kornea C reflektierten Abbildung des ersten Index bzw. der ringförmigen Lichtquelle 4 wird mit bezug zur Abbildung des Bezugsindex 10 p zahlenmäßig erfaßt.

Um die Korneagestalt zu betrachten und auszumessen, richtet der Untersuchende die an der Kornea reflektierte Abbildung der ringförmigen Lichtquelle 4 auf den Bezugsindex 10 p aus. Die Scharfeinstellung in Richtung einer optischen Achse wird durch die optischen Beobachtungssysteme Fa und Fb vorgenommen. Nach der Einstellung wird auf der Grundlage der Größe des ringförmigen, auf die Sensorvorrichtung 8 fokussierten Bezugsindex 10 p ein Korrekturfaktor einer Projektionsvergrößerung durch das optische Linsensystem einschließlich des optischen Systems veränderbarer Vergrößerung 2 b bestimmt. Dann werden die Größe und die Gestalt der an der Kornea reflektierten Abbildung der ringförmigen Lichtquelle 4 an der Sensorvorrichtung 8 ausgemessen, und die Gestalt der Kornea wird auf der Basis des Korrekturfaktors bestimmt.

Somit kann die Kornea C betrachtet und mit einer hohen Genauigkeit vermessen werden, indem sowohl das von der Kornea C reflektierte Bild der ringförmigen Lichtquelle bzw. des ersten Index 4 als auch das Bild des Bezugsindex 10 p über das optische System veränderbarer Vergrößerung 2 b erfaßt wird. Eine Messung mit höherer Genauigkeit wird erlangt, indem Einrichtungen zur Begrenzung der Größe der an der Kornea C reflektierten Abbildung hinzugefügt werden, wie Fig. 3 zeigt.

Bei der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform wird eine Abbildung eines zweiten Index von einem weiteren optischen System, mittels einer Lichtquelle 12, einer Indexplatte 13 mit schlitzförmigen Doppelindexringen 13 p und 13 q, einer Übertragungslinse 14 sowie eines Spiegels 15 auf der Sensorvorrichtung 8 durch den Strahlenteiler 3 b hindurch erzeugt.

Die von der Lichtquelle 12 ausgehenden Lichtstrahlen beleuchten die Indexplatte 13. Die durch die den zweiten Index bildenden Indexringe 13 p und 13 q hindurchtretenden Lichtstrahlen werden durch die Übertragungslinse 14, den Spiegel 15, den Strahlenteiler 3 b und die Fokussierlinse 7, ohne durch das optische System veränderbare Vergrößerung zu gehen, auf die Sensorvorrichtung 8 projiziert. Durch Einstellen der optischen Systeme veränderbare Vergrößerung 2 a und 2 b derart, daß die Abbildung der ringförmigen Lichtquelle 4 zwischen den auf der Sensorvorrichtung 8 fokussierten Indexringen 13 p und 13 q liegt, kann die Größe der an der Kornea reflektierten Abbildung der ringförmigen Lichtquelle 4 im wesentlichen konstant gehalten werden. Eine Behinderung in der Betrachtung oder Ausmessung auf Grund einer ungeeigneten Größe eines Beobachtungsblickfelds durch die optischen Beobachtungssysteme Fa und Fb oder einer ungeeigneten Größe der an der Kornea reflektierten Abbildung auf der Sensorvorrichtung 8 wird vermieden und eine Betrachtung und Ausmessung an einer geeigneten Stelle werden ermöglicht.

Die Fig. 5 zeigt eine dritte Ausführungsform des Stereomikroskops. Hierbei geht ein Strahlenbündel von einem zu untersuchenden Auge E, das von einem (nicht gezeigten) optischen Beleuchtungssystem beleuchtet wird, durch ein Ojektiv 1 sowie ein optisches System veränderbarer Vergrößerung 2 a und wird durch ein optisches Beobachtungssystem Fa betrachtet. Andererseits geht das Strahlenbündel durch einen Strahlenteiler 5 sowie ein optisches System veränderbarer Vergrößerung 2 b und wird durch ein optisches Beobachtungssystem Fb betrachtet. Durch die beiden Beobachtungssysteme Fa und Fb wird eine stereoskopische Abbildung des Auges erhalten.

Licht von einer ringförmigen Lichtquelle 4 bildet ein virtuelles oder scheinbares Bild 4′, das eine an der Kornea reflektierte Abbildung ist. Das virtuelle Bild 4′ wird durch das Objektiv 1, die optischen Systeme veränderbarer Vergrößerung 2 a sowie 2 b und die Beobachtungssysteme Fa und Fb betrachtet.

Der mit dem Indexring 10 p ausgestattete Bezugsindex 10 wird von einer Lichtquelle 11 beleuchtet und durch ein weiteres optisches System veränderbarer Vergrößerung 16, den Strahlenteiler 5 sowie das optische System veränderbarer Vergrößerung 2 b und das optische Beobachtungssystem Fb betrachtet.

Es wird nun auf die Größen der ringförmigen Lichtquelle 4 und der an der Kornea reflektierten Abbildung 4′ eingegangen.

Ein Durchmesser y der ringförmigen Lichtquelle 4, ein Abstand S zwischen dieser Lichtquelle 4 und der Kornea C, ein Krümmungsradius r der Kornea C und ein Durchmesser y′ der Abbildung 4′ der ringförmigen Lichtquelle 4 an der Kornea C haben die Beziehung
r=2 Sy′/y-y′.

Somit wird r durch Messen von y′ bestimmt.

Ein Zeiger 17 ist an einem Variator 16 a in dem weiteren optischen System veränderbarer Vergrößerung 16 zusätzlich zum ringförmigen Bezugsindex 10 p angebracht, um eine qualitative und quantitative Prüfung der Kornea vor, während und nach der ophthalmologischen Operation zuzulassen. Somit wird eine den Krümmungsradius r der Kornea wiedergebende Skala von einem Verschlüßler bzw. einer Skala 18 abgelesen.

Das weitere optische System veränderlicher Vergrößerung 16 wird dazu verwendet, die Abbildung des ringförmigen Bezugsindex 10 p veränderlich zu vergrößern.

Durch Festsetzen des durch die Operation für jedes Patientenauge wiederzuerlangenden Krümmungsradius der Kornea, d. h. durch Festlegen der Stellung des Zeigers 17, führt der Operateur die Augenoperation aus, während die Abbildung des ringförmigen Bezugsindex 10 p an der durch den Zeiger 17 gegebenen Stellung auf der aus der Kornea reflektierten Abbildung überdeckt wird.

Das kann, wie im folgenden gezeigt wird, unterschiedlich genutzt werden. Falls die an der Kornea reflektierte Abbildung von einer Kreisform abweicht, d. h. wenn beispielsweise die Gestalt elliptisch ist, und wenn eine derartige Kornea wiedergewonnen werden soll, daß die an der Kornea reflektierte Abbildung ein Kreis mit einem vorbestimmten Durchmesser ist, dann wird der Variator 16 a bewegt, um die Vergrößerung des Bezugsindex 10 p zur qualitativen Ermittlung der Abweichung vom wahren Kreis zu verändern, und auf der Grundlage der Stellung des Zeigers 17 am Verschlüßler 18 werden absolute Werte des größeren sowie des kleineren Ellipsendurchmessers und absolute Werte der Krümmungsradien der Kornea in der Richtung des größeren sowie kleineren Durchmessers quantitativ ermittelt. Wie Fig. 6 zeigt, bewegt sich bei einer Bewegung des Variators 16 a der ringförmige Bezugsindex 10 p relativ zu der durch das optische Beobachtungssystem betrachteten Abbildung 4″ von 10 p′ nach 10 p″.

Bei der in Fig. 7 gezeigten vierten Ausführungsform ist das optische Beobachtungssystem zu dem der Ausführungsform von Fig. 5 identisch. Eine an der Kornea reflektierte Abbildung 4′ der ringförmigen Lichtquelle 4 wird auf eine zweidimensionale Festkörper- Abbildungsvorrichtung 23 durch ein Objektiv 1, einen Strahlenteiler 5 und eine Übertragungslinse 22 projiziert. Andererseits wird der ringförmige Bezugsindex 10 p an der Bezugsindexplatte 10 durch das weitere optische System veränderbarer Vergrößerung 16, den Strahlenteiler 5 und die Übertragungslinse 22 auf die Festkörper-Abbildungsvorrichtung 23 fokussiert. Auf der Grundlage von Koordinaten der Abbildungen auf der Festkörper-Abbildungsvorrichtung 23 kann eine Abweichung zwischen den zwei Indexabbildungen mit Hilfe einer Verarbeitungseinrichtung (Prozessor) 24 berechnet werden. Die Lage der Bezugsindexplatte 10 wird in Übereinstimmung mit dem Ausgang des Prozessors 24 durch eine Lagesteuereinrichtung 25 gesteuert, so daß die Abbildung des ringförmigen Bezugsindex 10 p auf die Abbildung 4′ der ringförmigen Lichtquelle 4 ausgerichtet wird, um den Vergleich der beiden Abbildungen zu erleichtern. Dabei kann die Bezugsindexplatte 10 sowohl entlang der optischen Achse als auch senkrecht zu dieser bewegt werden.

Die Abweichung zwischen den beiden Indexabbildungen kann durch das optische Beobachtungssystem Fb qualitativ beobachtet werden.

Durch das Vorhandensein der Festkörper-Abbildungsvorrichtung 23 können die Abweichungen der an der Kornea reflektierten Abbildung 4″ in Fig. 6 von den ringförmigen Bezugsindexabbildungen 10 p′ und 10 p″ in den Durchmesserrichtungen quantitativ erfaßt und kann die Korneagestalt quantitativ ermittelt werden.

Bei der besprochenen Ausführungsform ist der Abstand S zwischen der ringförmigen Lichtquelle 4 und dem zu untersuchenden Auge E fest. Alternativ kann der Abstand S verändert werden, d. h., die ringförmige Lichtquelle 4 kann relativ zum festen Auge E verschoben werden, so die Korneagestalt an einem Bereich betrachtet werden kann, der zu einem Nah- oder Fernbereich einer Augenachse an der Kornea verschiedenartig ist. Es ist vorzuziehen, den Variator 16 a mit der Bewegung der ringförmigen Lichtquelle 4 synchronisiert zu bewegen, um die Vergrößerung für den Bezugsindex 10 p zu korrigieren.

Ferner ist es vorzuziehen, die Lichtquelle 11, die die Bezugsindexplatte 10 beleuchtet, nach Erfordernis an- und abzuschalten oder in den Strahlengang einen Unterbrecher einzusetzen, so daß der erste Index und der zweite, auf die Kornea des untersuchten Auges projizierte Bezugsindex nach Wahl dargeboten werden.

In der obigen Beschreibung ist das zu untersuchende Objekt ein Auge, was aber keine Beschränkung darstellt. Das Objekt kann irgendein Gegenstand sein, der bei seiner Beleuchtung durch eine Lichtquelle eine Reflexionsabbildung erzeugt. Das Stereomikroskop ist nicht nur auf medizinischem Gebiet, z. B. bei einer Operation, sondern auch auf verschiedenen Gebieten in der Forschung und in der Industrie anwendbar.

Claims (8)

1. Stereomikroskop, mit einem Paar optischer Beobachtungsssysteme zur Beobachtung der Kornea eines zu untersuchenden Auges,
einem ersten Index, der auf die Kornea projizierbar ist,
einem Bezugsindex und
einem Meßsystem, mittels dessen eine Abweichung des auf die Kornea projizierten Bildes des ersten Index von dem Bezugsindex bestimmbar ist, um eine Information über die Krümmung der Kornea zu gewinnen,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein optisches System veränderbarer Vergrößerung (2 a, 2 b) vorgesehen ist, das sowohl im Strahlengang der Beobachtungssysteme (Fa, Fb) als auch im Strahlengang des Meßsystems liegt, und
daß mittels des Meßsystems sowohl das von der Kornea reflektierte Bild des ersten Index (4) als auch ein Bild des Bezugsindex (10 p) über das optische System veränderbarer Vergrößerung (2 a, 2 b) erfaßbar ist.

2. Stereomikroskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßsystem eine Sensorvorrichtung (8) aufweist, auf der Bilder des ersten Index (4) und des Bezugsindex (10 p) abbildbar sind.

3. Stereomikroskop nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Bewegungseinrichtung, mittels der der erste Index (4) zu dem zu untersuchenden Auge (E) hin und von diesem weg bewegbar ist,
ein weiteres optisches System veränderbarer Vergrößerung (16), mittels dessen ein Abbildungsmaßstab des Bezugsindex (10 p) veränderbar ist, und
eine Synchronisiervorrichtung zur Synchronisierung der Bewegung des ersten Index (4) und des weiteren optischen Systems veränderbarer Vergrößerung (16).

4. Stereomikroskop nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch ein weiteres optisches System (14, 15), mittels dessen ein vom Bezugsindex (10 p) unterschiedlicher zweiter Index (13) ohne Durchgang durch das optische System veränderbarer Vergrößerung (2 a, 2 b) auf die Sensorvorrichtung (8) gerichtet werden kann.

5. Stereomikroskop nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Index (13) zwei Indexringe (13 p, 13 q) mit unterschiedlichen Durchmessern aufweist.

6. Stereomikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Index (4) und der Bezugsindex (10 p) eine ringförmige Gestalt haben.

7. Stereomikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Bezugsindex (10 p) senkrecht zur optischen Achse bewegbar ist.

8. Stereomikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Beobachtungssysteme (Fa, Fb) ein gemeinsames Objektiv (1) aufweisen.