WO2010017944A1 - Microscopy arrangement with a unit for calculating the focal depth and focus offset determined therefrom - Google Patents

Microscopy arrangement with a unit for calculating the focal depth and focus offset determined therefrom Download PDF

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WO2010017944A1
WO2010017944A1 PCT/EP2009/005789 EP2009005789W WO2010017944A1 WO 2010017944 A1 WO2010017944 A1 WO 2010017944A1 EP 2009005789 W EP2009005789 W EP 2009005789W WO 2010017944 A1 WO2010017944 A1 WO 2010017944A1
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WO
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depth
focus offset
microscope
arrangement according
microscopy
Prior art date
Application number
PCT/EP2009/005789
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German (de)
French (fr)
Inventor
Martin Fanenbruck
Joachim Steffen
Original Assignee
Carl Zeiss Surgical Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Carl Zeiss Surgical Gmbh filed Critical Carl Zeiss Surgical Gmbh
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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00Microscopes
    • G02B21/24Base structure
    • G02B21/241Devices for focusing

Definitions

  • the invention relates to a microscope arrangement for viewing an object or an intermediate image generated by an object, in particular in microsurgery, which has an objective arrangement with an object plane for arranging the object to be viewed and contains a focus offset adjustment unit which transmits a focus offset signal to a subject Adjusting unit for the lens assembly outputs to defocus the lens assembly defined relative to a sierschreib.
  • a microscopy arrangement of the aforementioned type is known from JP 2006 122 232 A2 and from DE 10 2005 011 781 Al. There are surgical microscopes are described with a focusable main lens system in which the setting of a defined focus offset is provided by an observer.
  • the human eye is a spatially extended organ that is accessible to an operator only from the side of the cornea. In the course of an operation, therefore, there is a need for an operator to see different levels in the eye sharply.
  • the visual depth of field ST of a microscope arrangement is dependent, on the one hand, on its magnification ⁇ , but on the other hand also on the numerical aperture NA for the imaging beam path, which penetrates the microscope main objective system.
  • the depth of field ST is influenced by the wavelength ⁇ of the observation light in the imaging beam path. According to Berek, the following relationship applies to the visual depth of field ST:
  • NA 'ßNA In order to allow an operator with a surgical microscope to observe an object area with good depth of field, surgical microscope systems are known, which have adjustable aperture stops, which are arranged in the observation beam paths. Such surgical microscope system as the Carl Zeiss OPMI ® Pentero.
  • the depth of field ST of the observation image can be increased.
  • the reduction in the apertures of the aperture stops is generally associated with a loss of image brightness.
  • the depth of field ST decreases with increasing magnification ⁇ .
  • increasing the magnification ⁇ simultaneously causes a reduction in the numerical aperture NA of the imaging beam path that passes through the microscope main objective.
  • Increasing the magnification of the microscope thus also results in a loss of image brightness.
  • the visual depth of field for a magnification factor ⁇ > 10 is only about 2 mm or less.
  • the object of the invention is to provide a microscopy arrangement, with which an intermediate image or image for an observation person with high depth of field is produced even when observing an uneven object area.
  • a microscopy device of the type mentioned above in which a depth-of-field calculation unit is provided, which is connected to the focus offset adjustment unit and which calculates a depth of field value when activated from adjustment parameters of the microscope arrangement, wherein the focus offset adjustment unit generates a focus offset signal, which corresponds to a focus offset for the objective arrangement by a fraction of the calculated depth of field depth in the direction of the objective arrangement or in the direction of the object plane.
  • the focal plane of the microscope assembly is defined as being moved into or out of the object to be examined.
  • object structures with deposition from the focal plane of the microscope device in the depth of field of the microscope device can be detected in a section in which, in the case of a conventional adjustment of the system, in particular in the case of an uneven Object area no longer all object structures, can be seen sharply.
  • This is particularly advantageous in the field of neurosurgery in minimally invasive procedures, in the context of which small Trepanationsö Anlagen devisen be prepared. Here narrow and deep channels are created in which surgery is performed.
  • shifting the focus plane toward the object being examined allows for rapid, sharp viewing of different planes of a patient's eye after the microscope assembly has been focused on the cornea of the patient's eye.
  • the adjustment parameters comprise the numerical aperture of an imaging beam path of the microscope arrangement.
  • This imaging beam path may be e.g. be designed as a visual imaging beam path for an observer's eye or as a camera imaging beam path.
  • the Berek relation allows to precisely calculate the maximum depth of an object area accessible to a good depth of field observation.
  • the depth of field of the microscope assembly for a Optimize object examination with visible light whose spectral composition corresponds to natural sunlight.
  • the corresponding wavelength is in the range 820 nm to 900 nm. It is preferably 840 nm.
  • the system is designed for fluorescence observation of the object region with good depth of field using the fluorescent dye indocyanine green (ICG).
  • the wavelength of light entering into the calculation of the depth of field lies in the range from 620 nm to 740 nm, preferably 630 nm or even 704 nm.
  • the system can be configured for good depth of field when using the fluorescent dye 5AIa or protoporphyrin IX ,
  • the system can be optimized for fluorescence observation with the fluorescent dye hypericin.
  • an optimal depth of field can be achieved with a corresponding microscope arrangement, if the wavelength range 520 nm to 530 nm is taken into account for its calculation.
  • a wavelength in the range of 540 nm to 560 nm, in particular 550 nm, is favorable for determining the depth of field.
  • the corresponding microscopy system can be used for the fluorescence examination of the object area with good depth of field using the fluorescent dyes GFP, DAPI, Optimize Rodamin, BFP, GFP, YFP or OFP.
  • the focus offset for the objective arrangement corresponds to half (50%) of the calculated depth of field value. In this way, a surface area of the object area at a depth corresponding to the calculated depth of field can be sharply observed with good resolution.
  • 1 shows a microscope assembly with depth of field calculation unit and focus offset adjustment unit.
  • FIG. 2 shows the main objective system of the microscope arrangement in a first focusing state
  • FIG. 4 shows the main objective system of the microscope arrangement in a third focusing state with focus offset in the direction of the object plane.
  • the microscope apparatus 100 in FIG. 1 has a depth-of-field calculation unit 160 and a focus offset adjustment unit 190.
  • the microscope assembly 100 is designed as a surgical microscope. As a lens arrangement, it comprises a focusable main objective system 101 with an object plane 200, which is penetrated by a left observation beam path 102 and a right observation beam path 103.
  • the microscope assembly 100 includes a stepless zoom system 104. It has a binocular tube 105, which allows an observer with a left observer eye 106 and a right observer eye 107 to stereoscopically view an object region 108.
  • an illumination system 109 with light source 110 is provided.
  • the illumination system 109 includes a filter wheel 111 having different ones Filters for illumination light, which can be pivoted into the illumination beam path 109a.
  • the illumination beam path 109a is guided to the object area 108 via an object lens 112 and a deflection mirror 113.
  • the illumination system 109 is assigned a lighting system control unit 140. This serves to control the lamp current for the light source 110 and to adjust the filter wheel 111.
  • the wavelength spectrum and intensity of the illumination light for the object region 108 can be set in a defined manner.
  • the microscope assembly 100 further comprises a filter wheel 151 and a filter wheel 152 with corresponding filter wheel control units 153 and 154.
  • a filter wheel 151 and a filter wheel 152 with corresponding filter wheel control units 153 and 154.
  • filters for observation light between the main lens system 101 and the controllable zoom system 104 in the left and right observation beam path 102, 103 are pivoted. This makes it possible, in particular, to operate the microscope arrangement 100 in a fluorescence mode in which the object area 130 is marked with a suitable fluorescent dye which is excited to fluorescence with light of suitable wavelength from the illumination system 109.
  • a camera unit 114 and a camera unit 115 are provided in the microscope assembly 100.
  • the camera 114 is via a beam splitter 1 16 image information from the left observation beam 102 supplied.
  • the camera unit 115 is associated with a beam splitter 117 in the right observation beam path 103.
  • the microscope arrangement comprises display units 118 and 119, which enable beam splitter 120 and 121 to mirror image information into the left and right observation beam paths 102, 103.
  • an adjustable aperture stop 122 and 123 in the left and right viewing beam paths 102, 103.
  • the camera unit 114 is assigned a controllable aperture stop 124. Accordingly, an aperture stop 125 is located in the imaging beam path for the camera unit 115.
  • the binocular tube 105 of the microscope assembly 100 is in the left and right observation beam 102, 103 each have an intermediate image 126, 127 which is imaged via an eyepiece lens 128, 129 in the binocular tube 105 to infinity.
  • the intermediate image 125, 126 in the binocular tube 105 of the object region 108 is perceived as a sharp image by an observer via a depth-of-field region 130.
  • the depth-of-field region 130 for the respective observation beams 102, 103 is of the numerical aperture NAiO 2 , NA 103 for the observation light in the left and right observation beam paths 102, 103 determined by the object-side aperture angle, from the magnification set by the zoom system 104 and the focusable main lens system 101 ßio 2 , ßio3 and the wavelength ⁇ of the observation light determined.
  • the depth of field of the observation image captured by the camera units 114 and 115 depends on the numerical aperture NAi 33, NAi 34 of the imaging beam path 133, 134 with object-side opening angles 135, 136, respectively Cameras 1 14, 1 15, the optical magnification ßiu, ß ⁇ s of the camera image and the wavelength of the light ⁇ in the imaging beam path to the cameras.
  • a depth of field calculation unit 160 is provided in the microscope apparatus 100.
  • the depth-of-field calculation unit 160 is connected via a data line 161 to a control unit 162 for a zoom system 104 and via a data line 163 to a control unit 164 for the focusable main objective system 101.
  • the depth-of-field calculation unit 160 is supplied with the setting information of the main lens system 101 and the zoom system 104.
  • the microscope assembly further includes data lines 165, 166, 167 and 168 to control units 170, 171, 172 and 173 for the aperture stops 122 and 123 in the left and right viewing beam paths 102 and 103 and the aperture stops 124 and 125 for the camera units 114 and 115 receives the depth-of-field calculating unit 140 in accordance with the aperture aperture diameter setting of the aperture stops 122, 123, 124, and 125.
  • Setting information to the lighting system 109 is supplied to the depth-of-field calculation unit 160 via a data line 181 from the lighting system control unit 140.
  • the microscope assembly includes data lines 182 and 183 which are provided for transmitting information regarding the setting of the filter wheels 151 and 153 in the observation beam paths to the depth-of-field calculation unit 160.
  • the depth-of-field calculation unit 160 includes an operation unit 191 and a display unit 192. By means of the operation unit 191, it can be set by an observer in a calculation mode. In this calculation mode, in the depth of field calculation unit 160, the depth of field ST ZB I2 6 and STZBI27 of the intermediate images 126 and 127 in the binocular tube 125 and the depth of field STKIU or ST KH S determines the images captured by the camera 114 and 115 according to the following relationship:
  • the determined values for the respective depths of field are displayed on the display unit 192. In this way, an observer is able to configure the illumination system, zoom system and aperture stops for optimum depth of field.
  • FIG. 2 shows the main objective system 101 of the microscope arrangement 100 from FIG. 1 with the observation beam paths 102 and 103 in a first focusing state with a setting without focus offset.
  • FIG. 3 shows the main objective system 101 of the microscope arrangement in a second focusing state with a corresponding focus offset Fi in the direction of the main objective system 101.
  • This adjustment of the focus offset is favorable for operating in a deep and narrow operation channel as shown at reference numeral 301 in FIG.
  • FIG. 4 shows the main objective system 101 of the microscope arrangement with a focus offset F 2 of the main objective system 101 in the direction of the object plane 200.
  • This setting may prove to be favorable in particular for the visualization of structures in the transparent object area.
  • the illustrated microscope arrangement is advantageously equipped with an autofocus system, which enables an automated focusing of the system on an object area.
  • the microscope assembly may as well be designed as a system for manual focusing on an object plane.
  • the microscope assembly may also include a head mounted display (HMD). It is not necessary that in the microscope assembly optical Observation beam paths are led to an observer eye.
  • the image of the object area with increased depth of field can also be displayed on an external monitor, for example.

Abstract

The invention relates to a microscopy arrangement (100) for viewing an object (108) or an intermediate image (126, 127) created of an object (108), particularly in microsurgery. The microscopic arrangement (100) comprises a lens arrangement (102) with an object plane (195) for arranging the objects (108) or the intermediate image (126, 127) to be viewed. The microscopy arrangement (100) comprises a focus offset adjustment unit (190) that provides a focus offset signal to an adjustment unit for the lens arrangement (101) in order to defocus the lens arrangement (101) relative to the focusing condition in a defined way. According to the invention, a depth of focus calculation unit (160) is provided that is connected to the focus offset adjustment unit (190) and that calculates a focus depth value from set parameters of the microscopy arrangement (100) when activated. The focus offset adjustment unit (160) generates a focus offset signal corresponding to a focus offset for the lens arrangement (102), said offset being a fraction of the calculated focus depth value in the direction of the lens arrangement (101) or in the direction of the object plane (200).

Description

MIKROSKOPIEANORDNUNG MIT EINHEIT- ZUR BERECHNUNG DER TIEFENSCHARFE UND DARAUS BESTIMMTEN FOKUSVERSATZ MICROSCOPY ARRANGEMENT WITH UNIT - FOR CALCULATING THE DEPTH SHARP AND FOCUS SUBSTANCE THEREOF
Die Erfindung betrifft eine Mikroskopieanordnung zur Betrachtung eines Objekts oder eines von einem Objekt erzeugten Zwischenbildes, insbesondere in der Mikrochirurgie, die eine Objektivanordnung mit einer Objektebene zur Anordnung des zu betrachtenden Objekts bzw. Zwischenbilds aufweist und eine Fokusversatz-Einstelleinheit enthält, welche ein Fokusversatzsignal an eine Verstelleinheit für die Objektivanordnung abgibt, um die Objektivanordnung relativ zu einem Fokussierzustand definiert zu defokussieren.The invention relates to a microscope arrangement for viewing an object or an intermediate image generated by an object, in particular in microsurgery, which has an objective arrangement with an object plane for arranging the object to be viewed and contains a focus offset adjustment unit which transmits a focus offset signal to a subject Adjusting unit for the lens assembly outputs to defocus the lens assembly defined relative to a Fokussierzustand.
Eine Mikroskopieanordnung der eingangs genannten Art ist aus der JP 2006 122 232 A2 und aus der DE 10 2005 011 781 Al bekannt. Dort sind Operationsmikroskope mit einem fokussierbaren Hauptobjektivsystem beschrieben, bei denen das Einstellen eines definierten Fokusversatzes durch eine Beobachtungsperson vorgesehen ist.A microscopy arrangement of the aforementioned type is known from JP 2006 122 232 A2 and from DE 10 2005 011 781 Al. There are surgical microscopes are described with a focusable main lens system in which the setting of a defined focus offset is provided by an observer.
Operationen am menschlichen Auge, zum Beispiel Kateraktoperationen, werden in der Regel unter Einsatz eines Operationsmikroskops ausgeführt. Beim menschlichen Auge handelt es sich um ein räumlich ausgedehntes Organ, das einem Operateur nur von der Seite der Cornea zugänglich ist. Im Verlauf einer Operation besteht deshalb für einen Operateur das Bedürfnis, unterschiedliche Ebenen im Augen scharf zu sehen.Operations on the human eye, for example cataract surgery, are typically performed using a surgical microscope. The human eye is a spatially extended organ that is accessible to an operator only from the side of the cornea. In the course of an operation, therefore, there is a need for an operator to see different levels in the eye sharply.
Die visuelle Schärfentiefe ST einer Mikroskopieanordnung ist einerseits von deren Vergrößerung ß, andererseits aber auch von der numerischen Apertur NA für den Abbildungsstrahlengang abhängig, der das Mikroskop-Hauptobjektivsystem durchsetzt. Darüber hinaus wird die Schärfentiefe ST von der Wellenlänge λ des Beobachtungslichts im Abbildungsstrahlengang beeinflusst. Nach Berek gilt für die visuelle Schärfentiefe ST folgende Beziehung:The visual depth of field ST of a microscope arrangement is dependent, on the one hand, on its magnification β, but on the other hand also on the numerical aperture NA for the imaging beam path, which penetrates the microscope main objective system. In addition, the depth of field ST is influenced by the wavelength λ of the observation light in the imaging beam path. According to Berek, the following relationship applies to the visual depth of field ST:
ST = QM + °>34 mm ST = Q M + > 34 mm
NA' ßNA Um einem Operateur mit einem Operationsmikroskop das Beobachten eines Objektbereichs mit guter Schärfentiefe zu ermöglichen, sind Operationsmikroskopsysteme bekannt, die verstellbare Aperturblenden aufweisen, welche in den Beobachtungsstrahlengängen angeordnet sind. Ein solches Operationsmikroskopsystem ist z.B. das Carl Zeiss Operationsmikroskop OPMI® Pentero.NA 'ßNA In order to allow an operator with a surgical microscope to observe an object area with good depth of field, surgical microscope systems are known, which have adjustable aperture stops, which are arranged in the observation beam paths. Such surgical microscope system as the Carl Zeiss OPMI ® Pentero.
Indem der Durchmesser der Blendenöffnungen der Aperturblenden verkleinert wird, lässt sich die Schärfentiefe ST des Beobachtungsbildes erhöhen. Das Verringen der Blendenöffnungen der Aperturblenden geht jedoch grundsätzlich mit einem Verlust an Bildhelligkeit einher.By reducing the diameter of the apertures of the aperture stops, the depth of field ST of the observation image can be increased. However, the reduction in the apertures of the aperture stops is generally associated with a loss of image brightness.
Das Erhöhen der Vergrößerung für den Abbildungsstrahlengang in einem Operationsmikroskop wirkt sich in zweifacher Hinsicht auf die Schärfentiefe aus: Gemäß der Beziehung nach Berek nimmt die Schärfentiefe ST mit wachsender Vergrößerung ß ab. Das Erhöhen der Vergrößerung ß bewirkt jedoch gleichzeitig eine Verringerung der numerischen Apertur NA des Abbildungsstrahlenganges, der das Mikroskop- Hauptobjektiv durchsetzt. Das Steigern der Mikroskopvergrößerung hat somit ebenfalls einen Verlust an Bildhelligkeit zur Folge.Increasing the magnification for the imaging beam path in a surgical microscope has a twofold effect on the depth of field: According to the Berek relation, the depth of field ST decreases with increasing magnification β. However, increasing the magnification β simultaneously causes a reduction in the numerical aperture NA of the imaging beam path that passes through the microscope main objective. Increasing the magnification of the microscope thus also results in a loss of image brightness.
Bei marktüblichen Operationsmikroskopsystemen, die ein stereoskopisches Beobachten eines Objektbereichs mit Abbildungsstrahlengängen ermöglichen, die ein gemeinsames Mikroskop-Hauptobjektiv durchsetzen, beträgt die visuelle Schärfentiefe für einen Vergrößerungsfaktor ß > 10 nur noch ca. 2 mm oder weniger.In commercially available surgical microscope systems, which enable a stereoscopic observation of an object area with imaging beam paths that pass through a common microscope main objective, the visual depth of field for a magnification factor β> 10 is only about 2 mm or less.
In der Neurochirurgie und in der Ophthalmochirurgie wird jedoch häufig mit bis zu 30- facher Vergrößerung unter einem Operationsmikroskop operiert. Wenn hier Gewebeoberflächen betrachtet werden, die uneben sind und die Licht stark streuen, ist eine geringe Schärfentiefe eines entsprechenden optischen Abbildungssystems sehr nachteilhaft. Auf dem Gebiet der Neurochirurgie ist es bekannt, tumorbefallenes Gewebe mittels Fluoreszenzfarbstoff in einem Operationsmikroskop zu visualisieren. Hierzu wird dem Patient über die Blutbahn ein Fluoreszenzfarbstoff injiziert, der über das Beleuchtungssystem des Operationsmikroskops für Fluoreszenz angeregt wird. Ein entsprechendes Operationsmikroskop, das sich zur Beobachtung von Fluoreszenzlicht eignet, ist beispielsweise in der WO 2007/090591 Al beschrieben. Das Fluoreszenzbild des Objektbereichs ist im Vergleich zu einem Beobachtungsbild, das auf normalem Streulicht basiert, relativ lichtschwach. Dies bedingt, dass bei Operationsmikroskopen, die im Fluoreszenzmodus betrieben werden, nur vergleichsweise große numerische Aperturen für die Abbildungsstrahlengänge eingestellt werden können.However, neurosurgery and ophthalmic surgery often operate under a surgical microscope at up to 30x magnification. If tissue surfaces are considered to be uneven and scatter the light strongly, a shallow depth of field of a corresponding optical imaging system is very disadvantageous. In the field of neurosurgery, it is known to visualize tumor-affected tissue by means of fluorescent dye in a surgical microscope. For this purpose, the patient is injected via the bloodstream, a fluorescent dye, which is excited by the illumination system of the surgical microscope for fluorescence. A corresponding surgical microscope which is suitable for the observation of fluorescent light is described, for example, in WO 2007/090591 A1. The fluorescence image of the object area is relatively faint compared to an observation image based on normal scattered light. This requires that in surgical microscopes, which are operated in fluorescence mode, only comparatively large numerical apertures can be set for the imaging beam paths.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Mikroskopieanordnung bereitzustellen, mit der auch bei Beobachten eines unebenen Objektbereichs ein Zwischenbild oder Bild für eine Beobachtungsperson mit hoher Schärfentiefe erzeugt wird.The object of the invention is to provide a microscopy arrangement, with which an intermediate image or image for an observation person with high depth of field is produced even when observing an uneven object area.
Diese Aufgabe wird durch eine Mikroskopieanordnung der eingangs genannten Art gelöst, bei der eine Schärfentiefen-Berechnungseinheit vorgesehen ist, die mit der Fokusversatz- Einstelleinheit verbunden ist und die bei Aktivierung aus Einstellungsparametern der Mikroskopieanordnung einen Schärfentiefenwert berechnet, wobei die Fokusversatz- Einstelleinheit ein Fokusversatzsignal generiert, das einem Fokusversatz für die Objektivanordnung um einen Bruchteil des berechneten Schärfentiefenwerts in Richtung der Objektivanordnung oder in Richtung der Objektebene entspricht.This object is achieved by a microscopy device of the type mentioned above in which a depth-of-field calculation unit is provided, which is connected to the focus offset adjustment unit and which calculates a depth of field value when activated from adjustment parameters of the microscope arrangement, wherein the focus offset adjustment unit generates a focus offset signal, which corresponds to a focus offset for the objective arrangement by a fraction of the calculated depth of field depth in the direction of the objective arrangement or in the direction of the object plane.
Die Fokusebene der Mikroskopieanordnung wird so definiert in das zu untersuchende Objekt hinein oder aus diesem heraus verlagert. Indem die Fokusebene der Mikroskopieanordnung aus dem zu untersuchenden Objekt in Richtung von dessen Hauptobjektsystem heraus verlagert wird, lassen sich Objektstrukturen mit Ablage von der Fokusebene der Mikroskopieanordnung im Schärfentiefenbereich der Mikroskopieanordnung in einen Abschnitt erfassen, in dem bei einer üblichen Justage des Systems insbesondere bei einem unebenen Objektbereich nicht mehr alle Objektstrukturen, scharf gesehen werden können. Dies ist insbesondere auf dem Gebiet der Neurochirurgie bei minimal-invasiven Eingriffen vorteilhaft, im Rahmen derer kleine Trepanationsöffnungen präpariert werden. Hier entstehen enge und tiefe Kanäle, in denen operiert wird. Beim Operieren in derartigen engen und tiefen Kanälen besteht das Bedürfnis, dass der Operateur nicht nur den Frontabschnitt von chirurgischen Instrumenten mit einer Mikroskopieanordnung in Form eines Operationsmikroskops scharf sehen kann, sondern auch einen Mittenabschnitt dieser Instrumente, etwa wenn diese in eine Trepanationsöffnung eingeführt werden. Das Verlagern der Fokusebene der Mikroskopieanordnung gewährleistet hier, dass ein entsprechendes Instrument in einem engen Operationskanal auch unter optischen Abbildungsbedingungen präzise gefuhrt werden kann, in denen das Vergrößern der Schärfentiefe durch Abblenden der Beobachtungsstrahlengänge der Mikroskopieanordnung wegen zu geringem Lichteinfall nicht möglich ist.The focal plane of the microscope assembly is defined as being moved into or out of the object to be examined. By displacing the focal plane of the microscopy device out of the object to be examined in the direction of its main object system, object structures with deposition from the focal plane of the microscope device in the depth of field of the microscope device can be detected in a section in which, in the case of a conventional adjustment of the system, in particular in the case of an uneven Object area no longer all object structures, can be seen sharply. This is particularly advantageous in the field of neurosurgery in minimally invasive procedures, in the context of which small Trepanationsöffnungen be prepared. Here narrow and deep channels are created in which surgery is performed. When operating in such narrow and deep canals, there is a need for the surgeon to be able to see not only the front section of surgical instruments with a microscope in the form of a surgical microscope, but also a center section of these instruments, such as when inserted in a trephine opening. The shifting of the focal plane of the microscope arrangement here ensures that a corresponding instrument can be precisely guided in a narrow surgical channel even under optical imaging conditions in which enlarging the depth of field by dimming the observation beam paths of the microscope assembly is not possible due to insufficient light.
Auf dem Gebiet der Ophthalmologie ermöglicht das Verlagern der Fokusebene hin zum untersuchten Objekt, unterschiedliche Ebenen eines Patientenauges schnell scharf zu betrachten, nachdem die Mikroskopieanordnung auf die Cornea des Patientenauges fokussiert wurde.In the field of ophthalmology, shifting the focus plane toward the object being examined allows for rapid, sharp viewing of different planes of a patient's eye after the microscope assembly has been focused on the cornea of the patient's eye.
In Weiterbildung der Erfindung umfassen die Einstellungsparameter die numerische Apertur eines Abbildungsstrahlenganges der Mikroskopieanordnung. Dieser Abbildungsstrahlengang kann z.B. als visueller Abbildungsstrahlengang für ein Beobachterauge oder als Kamera-Abbildungsstrahlengang ausgeführt sein.In a development of the invention, the adjustment parameters comprise the numerical aperture of an imaging beam path of the microscope arrangement. This imaging beam path may be e.g. be designed as a visual imaging beam path for an observer's eye or as a camera imaging beam path.
Indem Einstellungsparameter der Mikroskopieanordnung zur Berechnung des Schärfentiefenwerts auch die Vergrößerung des Abbildungsstrahlengangs der Mikroskopieanordnung und die Wellenlänge des Beobachtungslichts umfassen, ist mittels der Beziehung nach Berek präzise Berechnung der maximalen Tiefe eines Objektbereichs möglich, der einer Beobachtung mit guter Schärfentiefe zugänglich ist.By including the microscope depth adjusting parameter setting parameter of the microscopic array and the magnification of the imaging beam path of the microscopy device and the observation light wavelength, the Berek relation allows to precisely calculate the maximum depth of an object area accessible to a good depth of field observation.
Es ist günstig, für die Berechnung der Schärfentiefe eine Wellenlänge für Beobachtungslicht Bereich 490 nm bis 590 nm, vorzugsweise 500 nm vorzusehen. Auf diese Weise lässt sich der Schärfentiefenbereich der Mikroskopieanordnung für eine Objektuntersuchung mit sichtbarem Licht optimieren, dessen spektrale Zusammensetzung dem natürlichen Sonnenlicht entspricht.It is favorable to provide for the calculation of the depth of field a wavelength for observation light range 490 nm to 590 nm, preferably 500 nm. In this way, the depth of field of the microscope assembly for a Optimize object examination with visible light whose spectral composition corresponds to natural sunlight.
In Weiterbildung der Erfindung liegt die entsprechende Wellenlänge im Bereich 820 nm bis 900 nm. Sie beträgt vorzugsweise 840 nm. Auf diese Weise wird das System für eine Fluoreszenzbeobachtung des Objektbereichs mit guter Schärfentiefe unter Verwendung des Fluoreszenzfarbstoffs Indocyianingrün (ICG) ausgelegt.In a further development of the invention, the corresponding wavelength is in the range 820 nm to 900 nm. It is preferably 840 nm. In this way, the system is designed for fluorescence observation of the object region with good depth of field using the fluorescent dye indocyanine green (ICG).
In Weiterbildung der Erfindung liegt die in die Berechnung der Schärfentiefe eingehende Lichtwellenlänge im Bereich 620 nm bis 740 nm, vorzugsweise bei 630 nm oder auch 704 nm. Auf diese Weise lässt sich das System für gute Schärfentiefe bei Einsatz des Fluoreszenzfarbstoffes 5AIa bzw. Protoporphyrin IX konfigurieren.In a development of the invention, the wavelength of light entering into the calculation of the depth of field lies in the range from 620 nm to 740 nm, preferably 630 nm or even 704 nm. In this way, the system can be configured for good depth of field when using the fluorescent dye 5AIa or protoporphyrin IX ,
Indem eine Berechnung der Schärfentiefe auf Grundlage der Wellenlänge 650 nm erfolgt, kann das System für Fluoreszenzbeobachtung mit dem Fluoreszenzfarbstoff Hyperizin optimiert werden.By calculating the depth of field based on the 650 nm wavelength, the system can be optimized for fluorescence observation with the fluorescent dye hypericin.
Für den Fluoreszenzfarbstoff Fluoreszin lässt sich mit einer entsprechenden Mikroskopieanordnung ein optimaler Schärfentiefenbereich erzielen, wenn zu deren Berechnung der Wellenlängebereich 520 nm bis 530 nm berücksichtigt wird. Für den Einsatz des Fluoreszenzfarbstoffs ITC ist zur Schärfentiefenberechnung eine Wellenlänge im Bereich 540 nm bis 560 nm, insbesondere 550 nm günstig. Indem für die Schärfentiefenberechnung die Wellenlänge 590 nm, 461 nm, 556 nm, 480 nm, 510 nm, 528 nm oder 565 nm verwendet werden, lässt sich das entsprechende Mikroskopiesystem für die Fluoreszenzuntersuchung des Objektbereichs mit guter Schärfentiefe unter Verwendung der Fluoreszenzfarbstoffe GFP, DAPI, Rodamin, BFP, GFP, YFP oder OFP optimieren.For the fluorescence dye fluoresce, an optimal depth of field can be achieved with a corresponding microscope arrangement, if the wavelength range 520 nm to 530 nm is taken into account for its calculation. For the use of the fluorescent dye ITC, a wavelength in the range of 540 nm to 560 nm, in particular 550 nm, is favorable for determining the depth of field. By using the wavelength 590 nm, 461 nm, 556 nm, 480 nm, 510 nm, 528 nm or 565 nm for the depth of field calculation, the corresponding microscopy system can be used for the fluorescence examination of the object area with good depth of field using the fluorescent dyes GFP, DAPI, Optimize Rodamin, BFP, GFP, YFP or OFP.
In Weiterbildung der Erfindung entspricht der Fokusversatz für die Objektivanordnung der Hälfte (50 %) des berechneten Schärfentiefenwerts. Auf diese Weise kann ein Oberflächenbereich des Objektbereichs in einer Tiefe, der dem berechneten Schärfentiefenwert entspricht, mit guter Auflösung scharf beobachtet werden. Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist in den Figuren dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.In a further development of the invention, the focus offset for the objective arrangement corresponds to half (50%) of the calculated depth of field value. In this way, a surface area of the object area at a depth corresponding to the calculated depth of field can be sharply observed with good resolution. An advantageous embodiment of the invention is illustrated in the figures and will be described below.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 eine Mikroskopieanordnung mit Schärfentiefen-Berechnungseinheit und Fokus versatz-Einstelleinheit ;1 shows a microscope assembly with depth of field calculation unit and focus offset adjustment unit.
Fig. 2 das Hauptobjektivsystem der Mikroskopieanordnung in einem ersten Fokussierzustand;FIG. 2 shows the main objective system of the microscope arrangement in a first focusing state; FIG.
Fig. 3 das Hauptobjektivsystem der Mikroskopieanordnung in einem zweiten Fokussierzustand mit Fokusversatz in Richtung des Hauptobjektivsystems; und3 shows the main objective system of the microscope arrangement in a second focusing state with focus offset in the direction of the main objective system; and
Fig. 4 das Hauptobjektivsystem der Mikroskopieanordnung in einem dritten Fokussierzustand mit Fokusversatz in Richtung der Objektebene.4 shows the main objective system of the microscope arrangement in a third focusing state with focus offset in the direction of the object plane.
Die Mikroskopieanordnung 100 in Fig. 1 hat eine Schärfentiefen-Berechnungseinheit 160 und eine Fokusversatz-Einstelleinheit 190.The microscope apparatus 100 in FIG. 1 has a depth-of-field calculation unit 160 and a focus offset adjustment unit 190.
Die Mikroskopieanordnung 100 ist als Operationsmikroskop ausgelegt. Sie umfasst als Objektivanordnung ein fokussierbares Hauptobjektivsystem 101 mit einer Objektebene 200, das von einem linken Beobachtungsstrahlengang 102 und einem rechten Beobachtungsstrahlegang 103 durchsetzt wird. Die Mikroskopieanordnung 100 enthält ein stufenlos steuerbares Zoomsystem 104. Es hat einen Binokulartubus 105, durch den einer Beobachtungsperson mit linkem Beobachterauge 106 und rechtem Beobachterauge 107 das stereoskopische Betrachten eines Objektbereichs 108 ermöglicht wird.The microscope assembly 100 is designed as a surgical microscope. As a lens arrangement, it comprises a focusable main objective system 101 with an object plane 200, which is penetrated by a left observation beam path 102 and a right observation beam path 103. The microscope assembly 100 includes a stepless zoom system 104. It has a binocular tube 105, which allows an observer with a left observer eye 106 and a right observer eye 107 to stereoscopically view an object region 108.
In der Mikroskopieanordnung 100 ist ein Beleuchtungssystem 109 mit Lichtquelle 110 vorgesehen. Das Beleuchtungssystem 109 umfasst ein Filterrad 111 mit unterschiedlichen Filtern für Beleuchtungslicht, die in den Beleuchtungsstrahlengang 109a eingeschwenkt werden können.In the microscope assembly 100, an illumination system 109 with light source 110 is provided. The illumination system 109 includes a filter wheel 111 having different ones Filters for illumination light, which can be pivoted into the illumination beam path 109a.
Der Beleuchtungsstrahlengang 109a wird über eine Objektlinse 112 und einen Umlenkspiegel 113 zum Objektbereich 108 geführt.The illumination beam path 109a is guided to the object area 108 via an object lens 112 and a deflection mirror 113.
Dem B eleuchtungs System 109 ist eine Beleuchtungssystem-Steuereinheit 140 zugeordnet. Diese dient zur Steuerung des Lampenstroms für die Lichtquelle 110 und zur Einstellung des Filterrads 111.The illumination system 109 is assigned a lighting system control unit 140. This serves to control the lamp current for the light source 110 and to adjust the filter wheel 111.
Durch geeignete Wahl von Lampenstrom und Filterradeinstellung kann Wellenlängenspektrum und Intensität des Beleuchtungslichts für den Objektbereich 108 definiert eingestellt werden.By suitable choice of lamp current and filter wheel setting, the wavelength spectrum and intensity of the illumination light for the object region 108 can be set in a defined manner.
Die Mikroskopieanordnung 100 umfasst weiter ein Filterrad 151 und ein Filterrad 152 mit entsprechenden Filterrad-Steuereinheiten 153 und 154. Durch Verstellen der Filterräder 151, 152 können unterschiedliche Filter für Beobachtungslicht zwischen dem Hauptobjektivsystem 101 und dem steuerbaren Zoomsystem 104 in den linken und rechten Beobachtungsstrahlengang 102, 103 geschwenkt werden. Dies ermöglicht insbesondere, die Mikroskopieanordnung 100 in einem Fluoreszenzmodus zu betreiben, in welchem der Objektbereich 130 mit einem geeigneten Fluoreszenzfarbstoff markiert ist, der mit Licht passender Wellenlänge aus dem Beleuchtungssystem 109 zu Fluoreszenz angeregt wird. Indem über die Filterräder 111 sowie 151 und 152 solche Filter in die Strahlengänge für Beleuchtungs- und Beobachtungslicht geschaltet werden, welche Beleuchtungslicht im Spektralbereich der Wellenlänge von Fluoreszenzlicht unterdrücken und die Beobachtungslicht im Wellenlängenbereich der Anregungsbande für Fluoreszenz ausfiltern, ist es möglich, mittels der Mikroskopieanordnung 100 fluoreszierende Strukturen im Objektbereich 108 mit gutem Kontrast zu visualisieren.The microscope assembly 100 further comprises a filter wheel 151 and a filter wheel 152 with corresponding filter wheel control units 153 and 154. By adjusting the filter wheels 151, 152, different filters for observation light between the main lens system 101 and the controllable zoom system 104 in the left and right observation beam path 102, 103 are pivoted. This makes it possible, in particular, to operate the microscope arrangement 100 in a fluorescence mode in which the object area 130 is marked with a suitable fluorescent dye which is excited to fluorescence with light of suitable wavelength from the illumination system 109. By means of the filter wheels 111 and 151 and 152 such filters are switched into the beam paths for illumination and observation light, which suppress illumination light in the spectral range of the wavelength of fluorescent light and filter the observation light in the wavelength range of the excitation band for fluorescence, it is possible by means of the microscope assembly 100th visualize fluorescent structures in the object area 108 with good contrast.
In der Mikroskopieanordnung 100 ist eine Kameraeinheit 114 und eine Kameraeinheit 115 vorgesehen. Der Kamera 114 wird über einen Strahlteiler 1 16 Bildinformation aus dem linken Beobachtungsstrahlengang 102 zugeführt. Der Kameraeinheit 115 ist ein Strahlteiler 117 im rechten Beobachtungsstrahlengang 103 zugeordnet.In the microscope assembly 100, a camera unit 114 and a camera unit 115 are provided. The camera 114 is via a beam splitter 1 16 image information from the left observation beam 102 supplied. The camera unit 115 is associated with a beam splitter 117 in the right observation beam path 103.
Weiter umfasst die Mikroskopieanordnung Displayeinheiten 118 und 119, die über Strahlteiler 120 und 121 das Einspiegeln von Bildinformation in den linken und rechten Beobachtungsstrahlengang 102, 103 ermöglichen.Furthermore, the microscope arrangement comprises display units 118 and 119, which enable beam splitter 120 and 121 to mirror image information into the left and right observation beam paths 102, 103.
Zwischen den Strahlengang 116 sowie 117 und dem steuerbaren Zoomsystem 104 gibt es im linken und rechten Beobachtungsstrahlengang 102, 103 jeweils eine einstellbare Aperturblende 122 und 123. Darüber hinaus ist der Kameraeinheit 114 eine steuerbare Aperturblende 124 zugeordnet. Entsprechend befindet sich im Abbildungsstrahlengang für die Kameraeinheit 115 eine Aperturblende 125.Between the beam path 116 and 117 and the controllable zoom system 104, there is an adjustable aperture stop 122 and 123 in the left and right viewing beam paths 102, 103. In addition, the camera unit 114 is assigned a controllable aperture stop 124. Accordingly, an aperture stop 125 is located in the imaging beam path for the camera unit 115.
Im Binokulartubus 105 der Mikroskopieanordnung 100 steht im linken und rechten Beobachtungsstrahlengang 102, 103 jeweils ein Zwischenbild 126, 127, das über eine Okularlinse 128, 129 im Binokulartubus 105 nach unendlich abgebildet wird.In the binocular tube 105 of the microscope assembly 100 is in the left and right observation beam 102, 103 each have an intermediate image 126, 127 which is imaged via an eyepiece lens 128, 129 in the binocular tube 105 to infinity.
Über einen Schärfentiefenbereich 130 wird von einer Beobachtungsperson das Zwischenbild 125, 126 im Binokulartubus 105 des Objektbereich 108 als scharfe Abbildung wahrgenommen.The intermediate image 125, 126 in the binocular tube 105 of the object region 108 is perceived as a sharp image by an observer via a depth-of-field region 130.
Der Schärfentiefenbereich 130 für die jeweiligen Beobachtungsstrahlgänge 102, 103 ist von der durch den objektseitigen Öffnungswinkel bestimmten numerischen Apertur NAiO2, NA103 für das Beobachtungslicht im linken und rechten Beobachtungsstrahlengang 102, 103, von der mit dem Zoomsystem 104 und dem fokussierbaren Hauptobjektivsystem 101 eingestellten Vergrößerung ßio2, ßio3 und der Wellenlänge λ des Beobachtungslichts bestimmt.The depth-of-field region 130 for the respective observation beams 102, 103 is of the numerical aperture NAiO 2 , NA 103 for the observation light in the left and right observation beam paths 102, 103 determined by the object-side aperture angle, from the magnification set by the zoom system 104 and the focusable main lens system 101 ßio 2 , ßio3 and the wavelength λ of the observation light determined.
Die Schärfentiefe des mittels der Kameraeinheiten 114 und 115 erfassten Beobachtungsbildes hängt entsprechend von der numerischen Apertur NAi 33, NAi 34 des Abbildungsstrahlenganges 133, 134 mit objektseitigen Öffnungswinkeln 135, 136 zu den Kameras 1 14, 1 15, der optischen Vergrößerung ßiu, ßπs des Kamerabildes sowie der Wellenlänge des Lichts λ im Abbildungsstrahlengang zu den Kameras ab.The depth of field of the observation image captured by the camera units 114 and 115 depends on the numerical aperture NAi 33, NAi 34 of the imaging beam path 133, 134 with object-side opening angles 135, 136, respectively Cameras 1 14, 1 15, the optical magnification ßiu, ßπs of the camera image and the wavelength of the light λ in the imaging beam path to the cameras.
Bei der Mikroskopieanordnung 100 ist eine Schärfentiefen-Berechnungseinheit 160 vorgesehen. Die Schärfentiefen-Berechnungseinheit 160 ist über eine Datenleitung 161 mit einer Steuereinheit 162 für ein Zoomsystem 104 und über eine Datenleitung 163 mit einer Steuereinheit 164 für das fokussierbare Hauptobjektivsystem 101 verbunden. Mittels der Datenleitungen 141 und 142 wird der Schärfentiefen-Berechnungseinheit 160 die Einstellungsinformation des Hauptobjektivsystems 101 und des Zoomsystems 104 zugeführt.In the microscope apparatus 100, a depth of field calculation unit 160 is provided. The depth-of-field calculation unit 160 is connected via a data line 161 to a control unit 162 for a zoom system 104 and via a data line 163 to a control unit 164 for the focusable main objective system 101. By means of the data lines 141 and 142, the depth-of-field calculation unit 160 is supplied with the setting information of the main lens system 101 and the zoom system 104.
Die Mikroskopieanordnung enthält darüber hinaus Datenleitungen 165, 166, 167 und 168 zu Steuereinheiten 170, 171, 172 und 173 für die Aperturblenden 122 und 123 im linken bzw. rechten Beobachtungsstrahlengang 102 bzw. 103 und die Aperturblenden 124 und 125 für die Kameraeinheiten 114 bzw. 115 erhält die Schärfentiefen-Berechnungseinheit 140 entsprechend der Einstellungsinformation über den Blendenöffnungs-Durchmesser der Aperturblenden 122, 123, 124 und 125.The microscope assembly further includes data lines 165, 166, 167 and 168 to control units 170, 171, 172 and 173 for the aperture stops 122 and 123 in the left and right viewing beam paths 102 and 103 and the aperture stops 124 and 125 for the camera units 114 and 115 receives the depth-of-field calculating unit 140 in accordance with the aperture aperture diameter setting of the aperture stops 122, 123, 124, and 125.
Einstellungsinformation zu dem Beleuchtungssystem 109 wird der Schärfentiefen- Berechnungseinheit 160 mittels einer Datenleitung 181 von der Beleuchtungssystem- Steuereinheit 140 zugeführt.Setting information to the lighting system 109 is supplied to the depth-of-field calculation unit 160 via a data line 181 from the lighting system control unit 140.
Weiter umfasst die Mikroskopieanordnung Datenleitungen 182 und 183, welche zur Übertragung von Information betreffend der Einstellung der Filterräder 151 und 153 in den Beobachtungsstrahlengängen an die Schärfentiefen-Berechnungseinheit 160 vorgesehen sind.Further, the microscope assembly includes data lines 182 and 183 which are provided for transmitting information regarding the setting of the filter wheels 151 and 153 in the observation beam paths to the depth-of-field calculation unit 160.
Die Schärfentiefen-Berechnungseinheit 160 umfasst eine Bedieneinheit 191 sowie eine Anzeigeeinheit 192. Mittels der Bedieneinheit 191 kann sie von einer Beobachtungsperson in einem Berechnungsmodus versetzt werden. In diesem Berechnungsmodus wird in der Schärfentiefen-Berechnungseinheit 160 die Schärfentiefe STZB I26 und STZBI27 der Zwischenbilder 126 und 127 im Binokulartubus 125 sowie die Schärfentiefe STKIU bzw. STKHS der mittels der Kamera 114 und 115 erfassten Bilder entsprechend der folgenden Beziehung ermittelt:The depth-of-field calculation unit 160 includes an operation unit 191 and a display unit 192. By means of the operation unit 191, it can be set by an observer in a calculation mode. In this calculation mode, in the depth of field calculation unit 160, the depth of field ST ZB I2 6 and STZBI27 of the intermediate images 126 and 127 in the binocular tube 125 and the depth of field STKIU or ST KH S determines the images captured by the camera 114 and 115 according to the following relationship:
- 0 5λ 0.34mm- 0 5λ 0.34mm
N102]2 P101 NA11 N 102 ] 2 P 101 NA 11
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Figure imgf000012_0002
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Die ermittelten Werte für die entsprechenden Schärfentiefen werden auf der Anzeigeeinheit 192 angezeigt. Auf diese Weise wird eine Beobachtungsperson in die Lage versetzt, Beleuchtungssystem, Zoomsystem und Aperturblenden für optimale Schärfentiefe zu konfigurieren.The determined values for the respective depths of field are displayed on the display unit 192. In this way, an observer is able to configure the illumination system, zoom system and aperture stops for optimum depth of field.
Der Schärfentiefen-Berechnungseinheit 160 ist eine benutzerbetätigbare Fokusversatz- Einstelleinheit 190 zugeordnet, die in einem ersten und in einem zweiten Betriebszustand betrieben werden kann: Bei Betätigung der Fokusversatz-Einstelleinheit 190 in dem ersten Betriebszustand gibt diese ein Stellsignal an die Steuereinheit 164 für das Hauptobjektivsystem 101 ab, um den Fokus F des Hauptobjektivsystems 102 um einen wählbaren Betrag Fi= Q x 1ST25126 oder
Figure imgf000012_0003
x 1ST25127 bzw. Fi= α x 5T1014 oder
The depth-of-field calculation unit 160 is associated with a user-operable focus offset adjustment unit 190 that can be operated in a first and a second operating state: Upon actuation of the focus offset adjustment unit 190 in the first operating state, this sends an actuating signal to the control unit 164 for the main objective system 101 from, around the focus F of the main lens system 102 by a selectable amount Fi = Q x 1 ST 25126 or
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x 1 ST 25127 or Fi = α x 5T 1014 or
Fi= a x 5T^115 in Richtung des Pfeils 198 aus dem Objektbereich 108 heraus zu verlagern, wobei 0 < a ≤ 1 und vorzugsweise a - 0.5.Fi = ax 5T ^ 115 in the direction of the arrow 198 to move out of the object area 108, where 0 <a ≤ 1, and preferably a - 0.5.
Wird die Fokusversatz-Einstelleinheit 190 in dem zweiten Betriebszustand betrieben, gibt diese ein Stellsignal an die Steuereinheit 164 für das Hauptobjektivsystem 101 ab, um den Fokus F des Hauptobjektivsystems 101 um einen wählbaren Betrag F2= a x ST28126 oder Yi= a x STZBni bzw. F2= O x STκm oder F2= a x STKl ]5 in Richtung des Pfeils 199 aus dem Objektbereich 108 heraus zu verlagern, wobei 0 < a < 1 und vorzugsweise a = 0.5.When the focus offset adjustment unit 190 is operated in the second operating state, it outputs an actuating signal to the control unit 164 for the main objective system 101 in order to control the Focus F of the main lens system 101 by a selectable amount F 2 = ax ST 28126 or Yi = ax ST ZBni or F 2 = O x ST κm or F 2 = ax ST Kl] 5 in the direction of arrow 199 from the object area 108 out too shift, where 0 <a <1 and preferably a = 0.5.
Fig. 2 zeigt das Hauptobjektivsystem 101 der Mikroskopieanordnung 100 aus Fig. 1 mit den Beobachtungsstrahlengängen 102 und 103 in einem ersten Fokussierzustand bei einer Einstellung ohne Fokusversatz.FIG. 2 shows the main objective system 101 of the microscope arrangement 100 from FIG. 1 with the observation beam paths 102 and 103 in a first focusing state with a setting without focus offset.
In Fig. 3 ist das Hauptobjektivsystem 101 der Mikroskopieanordnung in einem zweiten Fokussierzustand bei einem entsprechenden Fokusversatz Fi in Richtung des Hauptobjektivsystems 101 gezeigt. Diese Einstellung des Fokusversatzes ist für das Operieren in einem tiefen und engen Operationskanal, wie er bei Bezugszeichen 301 in Fig. 3 gezeigt ist, günstig. So kann einerseits gewährleistet werden, dass mit der Mikroskopieanordnung der Bodenabschnitt 302 des Operationskanals 301 scharf zu sehen ist, und andererseits, dass nicht nur der Frontabschnitt 303 eines chirurgischen InstrumentsFIG. 3 shows the main objective system 101 of the microscope arrangement in a second focusing state with a corresponding focus offset Fi in the direction of the main objective system 101. This adjustment of the focus offset is favorable for operating in a deep and narrow operation channel as shown at reference numeral 301 in FIG. Thus, on the one hand, it can be ensured that with the microscope arrangement the bottom section 302 of the surgical channel 301 can be seen sharply, and, on the other hand, that not only the front section 303 of a surgical instrument
304, das in den Operationskanal 301 geführt wird, sondern auch dessen Mittenabschnitt304, which is guided in the operation channel 301, but also its center portion
305, was ein besonders präzises Arbeiten mit dem Instrument 304 für den Operateur ermöglicht.305, which allows a particularly precise working with the instrument 304 for the surgeon.
In Fig. 4 zeigt das Hauptobjektivsystem 101 der Mikroskopieanordnung bei einem Fokusversatz F2 des Hauptobjektivsystems 101 in Richtung der Objektebene 200. Diese Einstellung kann sich insbesondere für das Visualisieren von Strukturen in transparenten Objektbereich als günstig erweisen.FIG. 4 shows the main objective system 101 of the microscope arrangement with a focus offset F 2 of the main objective system 101 in the direction of the object plane 200. This setting may prove to be favorable in particular for the visualization of structures in the transparent object area.
Die erläuterte Mikroskopieanordnung ist vorteilhafterweise mit einem Autofokussystem ausgestattet, die ein automatisiertes Scharfstellen des Systems auf einen Objektbereich ermöglicht. Die Mikroskopieanordnung kann jedoch genauso gut als System für manuelles Scharfstellen auf eine Objektebene ausgelegt sein.The illustrated microscope arrangement is advantageously equipped with an autofocus system, which enables an automated focusing of the system on an object area. However, the microscope assembly may as well be designed as a system for manual focusing on an object plane.
Die Mikroskopieanordnung kann auch ein Head Mounted Display (HMD) umfassen. Es ist nicht erforderlich, dass bei der Mikroskopieanordnung optische Beobachtungsstrahlengänge zu einem Beobachterauge geführt werden. Das Bild des Objektbereichs mit erhöhter Schärfentiefe kann z.B. auch auf einem externen Monitor angezeigt werden. The microscope assembly may also include a head mounted display (HMD). It is not necessary that in the microscope assembly optical Observation beam paths are led to an observer eye. The image of the object area with increased depth of field can also be displayed on an external monitor, for example.

Claims

Patentansprüche: claims:
1. Mikroskopieanordnung (100) zur Betrachtung eines Objekts (108) oder eines von einem Objekt erzeugten Zwischenbildes (126, 127), insbesondere in der Mikrochirurgie, umfassend:A microscopy arrangement (100) for viewing an object (108) or an intermediate image (126, 127) generated by an object, in particular in microsurgery, comprising:
eine Objektivanordnung (101) mit einer Objektebene (200) zur Anordnung des zu betrachtenden Objekts bzw. Zwischenbildes;an objective arrangement (101) having an object plane (200) for arranging the object or intermediate image to be viewed;
eine Fokusversatz-Einstelleinheit (190), welche ein Fokusversatzsignal an eine Verstelleinheit für die Objektivanordnung (101) abgibt, um die Objektivanordnung (101) relativ zu einem Fokussierzustand definiert zu defokussieren;a focus offset adjusting unit (190) which outputs a focus offset signal to an objective lens unit (101) adjusting unit for defocusing the lens assembly (101) in a defined manner relative to a focusing condition;
dadurch gekennzeichnet, dasscharacterized in that
eine Schärfentiefen-Berechnungseinheit (160) vorgesehen ist, die mit der Fokusversatz-Einstelleinheit (190) verbunden ist und die bei Aktivierung aus Einstellungsparametern der Mikroskopieanordnung (100) einen Schärfentiefenwert (ST) berechnet; wobeia depth-of-field calculation unit (160) is provided which is connected to the focus offset adjustment unit (190) and which, when activated from adjustment parameters of the microscope assembly (100), calculates a depth-of-field value (ST); in which
die Fokusversatz-Einstelleinheit (160) ein Fokusversatzsignal generiert, das einem Fokusversatz (F1, F2) für die Objektivanordnung (102) um einen Bruchteil des berechneten Schärfentiefenwerts (ST) in Richtung (198) der Objektvanordnung (101) oder in Richtung (199) der Objektebene (200) entspricht.the focus offset setting unit (160) generates a focus offset signal that corresponds to a focus offset (F 1 , F 2 ) for the objective arrangement (102) by a fraction of the calculated depth of field (ST) in the direction (198) of the object array (101) or in the direction ( 199) corresponds to the object plane (200).
2. Mikrokopieanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellungsparameter die numerische Apertur (NAiO2, NA103, NA133, NA134) eines Abbildungsstrahlenganges (102, 103, 133, 134) der Mikroskopieanordnung (100) umfassen. 2. Microcopy arrangement according to claim 1, characterized in that the adjustment parameters include the numerical aperture (NAiO 2 , NA 1 03, NA133, NA134) of an imaging beam path (102, 103, 133, 134) of the microscope device (100).
3. Mikroskopieanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abbildungsstrahlengang ein visueller Abbildungsstrahlengang (102, 103) ist.3. Microscopy arrangement according to claim 2, characterized in that the imaging beam path is a visual imaging beam path (102, 103).
4. Mikroskopieanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abbildungsstrahlengang ein Kamera- Abbildungsstrahlengang (133, 134) ist.4. Microscope arrangement according to claim 2, characterized in that the imaging beam path is a camera imaging beam path (133, 134).
5. Mikroskopieanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellungsparameter die Vergrößerung (ß) eines Abbildungsstrahlenganges (102, 103, 133, 134) der Mikroskopieanordnung (100) umfassen.5. Microscopy arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the adjustment parameters include the enlargement (ß) of an imaging beam path (102, 103, 133, 134) of the microscope assembly (100).
6. Mikroskopieanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellungsparameter eine Wellenlänge (λ) für Beobachtungslicht umfassen.6. Microscopy arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the adjustment parameters comprise a wavelength (λ) for observation light.
7. Mikroskopieanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenlänge im Bereich 490 nm bis 510 nm liegt und dass sie vorzugsweise 500 nm beträgt.7. microscopy arrangement according to claim 6, characterized in that the wavelength is in the range 490 nm to 510 nm and that it is preferably 500 nm.
8. Mikroskopieanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenlänge im Bereich 820 nm bis 900 nm liegt und dass sie vorzugsweise 840 nm beträgt.8. Microscopy arrangement according to claim 6, characterized in that the wavelength in the range 820 nm to 900 nm and that it is preferably 840 nm.
9. Mikroskopieanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenlänge im Bereich 620 nm bis 740 nm liegt und dass sie vorzugsweise 630 nm oder 704 nm beträgt.9. Microscopy arrangement according to claim 6, characterized in that the wavelength is in the range 620 nm to 740 nm and that it is preferably 630 nm or 704 nm.
10. Mikroskopieanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenlänge im Bereich 520 nm bis 530 nm liegt 10. Microscope arrangement according to claim 6, characterized in that the wavelength is in the range 520 nm to 530 nm
11. Mikroskopieanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenlänge im Bereich 540 nm bis 560 nm liegt und dass sie vorzugsweise 550 nm beträgt.11. Microscopy arrangement according to claim 6, characterized in that the wavelength in the range 540 nm to 560 nm and that it is preferably 550 nm.
12. Mikroskopieanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenlänge 509 nm oder 461 nm oder 556 nm oder 480 nm oder 510 nm oder 528 nm oder 565 nm beträgt.12. Microscopy arrangement according to claim 6, characterized in that the wavelength is 509 nm or 461 nm or 556 nm or 480 nm or 510 nm or 528 nm or 565 nm.
13. Mikroskopieanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Fokusversatz Fi, F2 für die Objektivanordnung (101) dem Bruchteil 0.5 des berechneten Schärfentiefenwerts (ST) entspricht.13. Microscopy arrangement according to one of claims 1 to 12, characterized in that the focus offset Fi, F 2 for the objective arrangement (101) corresponds to the fraction 0.5 of the calculated depth of field depth (ST).
14. Verfahren zum Einstellen einer Mikroskopieanordnung (100) mit den Merkmalen der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass14. A method for adjusting a microscope assembly (100) having the features of claims 1 to 13, characterized in that
aus Einstellungsparametern der Mikroskopieanordnung (100) ein Schärfentiefenwert (ST) berechnet wird; unda depth of field value (ST) is calculated from adjustment parameters of the microscope assembly (100); and
ein Fokusversatz (Fi) eingestellt sind, der einem Bruchteil des berechneten Schärfentiefenwerts (ST) in Richtung (198) der Objektivanordnung (101) entspricht; odera focus offset (Fi) is set which corresponds to a fraction of the calculated depth of field value (ST) in the direction (198) of the objective arrangement (101); or
ein Fokusversatz F2 eingestellt wird, der einem Bruchteil des berechneten Schärfentiefenwerts (ST) in Richtung (199) der Objektebene (200) entspricht. a focus offset F 2 is set, which corresponds to a fraction of the calculated depth of field value (ST) in the direction (199) of the object plane (200).
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