DE10124485A1 - Mikroskop - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Mikroskop mit einem Netzhautdisplay (10), bei dem, unter Umgehung der Abbildungseigenschaften der menschlichen Abbildungsoptik im Auge, die Bildinformation direkt auf die Netzhaut (13) projiziert wird. Derart kommt es zu einem entspannten Sehen mit besserer Auflösung.

Description

Die Erfindung betrifft ein Mikroskop mit einem Okularteil.

Unter Okularteil im Sinne der Erfindung ist der Teil des Mikroskops zu verstehen, in den ein Betrachter blickt, um das betrachtete Objekt vergrößert zu sehen. Darunter fällt ein herkömmliches, optisches Okular mit dem Blick auf ein Zwischenbild, aber auch ein Okular wie beispielsweise in der WO-A-96/36897 geoffenbart, das neben dem optischen Okular eine optoelektronische Einblendvorrichtung umfasst, die zusätzliche Bildinformationen in der Zwischenbildebene darstellt und einem Betrachter sichtbar macht oder die mittels Laserlicht direkt Bildinformationen auf die Netzhaut eines Betrachters projiziert.

Das Mikroskop mag in seinem übrigen Aufbau einem der herkömmlichen Mikroskope entsprechen. Die Erfindung soll nicht auf Details des übrigen Aufbaus eingeschränkt sein. Das Besondere und Neue an der Erfindung beschränkt sich auf die besondere Ausgestaltung des Okularteils.

Bei der bekannten Technik gemäss der WO-A-96/36897 ging es um den Einsatz eines Laserstrahls zur Überarbeitung eines optischen Bildes, z. B. durch Nachziehen einer Kontur eines Gegenstands mit dem Laserstrahl, sodass ein Betrachter diesen Gegenstand besser wahrnehmen kann. Ebenso ging es bei dieser Vorveröffentlichung darum, andere Informationen, wie schriftliche Patientendaten oder Mikroskopdaten dem Betrachter mittels Laserschrift mitzuteilen.

Diese bekannte Veröffentlichung empfiehlt somit u. a. Laserlicht um zusätzliche Bildinformationen einem Betrachter zuzuführen. Die Offenbarung der eigenen Vorveröffentlichung umfasst jedoch nicht die folgenden Überlegungen:

• a) Das Arbeiten mit einem Mikroskop strengt den Benutzer mehr oder weniger an, da in Abhängigkeit von der Okulareinstellung und von der Fokussierung der Mikroskopoptik das Auge des Benutzers mehr oder weniger Fokussierarbeit leisten muss, um eventuelle Unschärfen auszugleichen. Dies strengt den Benutzer mehr oder weniger an und führt dementsprechend zu Ermüdungserscheinungen.
  Der Erfindung liegt als eine Aufgabe zugrunde, die Belastung der Augen des Mikroskopbenutzers zu reduzieren und ein System zu finden, das regelmäßig, ohne besondere Fokussierarbeit durch die Augen ein scharfes und somit ermüdungsfreies Bild einem Benutzer zuführt. Dies soll z. B. zu verbesserten Operationsleistungen eines Operateurs führen können.
• b) Die Auflösung eines durch ein Mikroskop gesehenen Bildes wird u. a. durch folgende Faktoren bestimmt:
  Beleuchtung des Bildes, optische Qualität der Abbildungsoptik des Mikroskops, optische Qualität der Abbildungsoptik des Auges des Benutzers und Eigenschaften der Netzhaut des Auges des Benutzers.

Mit modernen Techniken lassen sich heute sehr gute optische Qualitäten bei den Abbildungsoptiken von Vergrößerungsgeräten erzielen und die Beleuchtung eines Objekts optimieren. Die Abbildungsoptiken übertreffen dabei in ihrer Qualität die Qualität der Abbildungsoptik des menschlichen Auges. Ebenso sind Aufnahmemethoden (Video) bekannt, die über eine extrem hohe Auflösung verfügen und Bilder elektronisch genauer erfassen können, als dies mit dem menschlichen Auge möglich ist.

Sobald jedoch ein Benutzerauge durch solche hochauflösenden Abbildungsoptiken blickt oder solche hochauflösend aufgenommenen Bilder über ein Display betrachtet, reduziert die optische Abbildungseigenschaft des menschlichen Auges die Auflösung des gesehenen Bildes.

Der Erfindung liegt somit als zweite Aufgabe zugrunde, einen Weg zu finden, der im Zusammenhang mit der Mikroskopie die Auflösung des gesehenen Bildes erhöht.

Erfindungsgemäß handelt es sich somit um die Veränderung des Okularteils bei einem Mikroskop dahingehend, dass damit ermüdungsfreier als bisher und mit einer größeren Auflösung dem Beobachter Bilder sichtbar gemacht werden sollen.

Gelöst wird diese Aufgabe durch den Einsatz eines herkömmlichen Netzhautdisplays an einem Okularteil eines Mikroskops. Unter Netzhautdisplay sind jene Displays zu verstehen, die unter Verzicht der Ausnutzung der menschlichen Abbildungsoptik bzw. unter Umgehung derselben Bildinformationen direkt an der Netzhaut abbilden. Durch die Erfindung werden dabei sowohl jene Okularteile umfasst, die

• a) zusätzlich zum optischen Teil eine Einblendvorrichtung umfassen, wie z. B. in der WO-A-96/36897 geoffenbart, als auch jene völlig neuen Okularteile, die
• b) überhaupt keine lichtoptische Darstellung eines Objektbildes im herkömmlichen Sinne umfassen, sondern sämtliche, an den Beobachter gelieferte Bildinformation über das Netzhautdisplay geliefert wird.

In beiden Fällen i) und ii) ergibt sich folgender neuer Effekt, der die Mikroskopie insgesamt verbessert und einem Beobachter bessere und genauere Informationen (Zusatzinformationen gemäß i) bzw. Objektinformationen gemäß ii)) liefert. Der Effekt ergibt sich aus der Tatsache, dass es mit erfindungsgemäß eingesetzter Laser-Netzhautdisplayeinrichtung möglich ist, die - möglicherweise beschränkten - optischen Eigenschaften der menschlichen Pupille und der menschlichen Linse hinsichtlich des Auflösungsverhaltens weitestgehend auszuschalten. Eines der für die Erfindung einsetzbaren Laserdisplays ist das sogenannte "Virtual Retinal Display" aus den Labors der University of Washington ("Economist", 1.5.99), das mittels Miniaturlasers Zeile für Zeile auf die Netzhaut schreibt.

Netzhautdisplays sind in anderem Zusammenhang bekannt geworden: So offenbart die US-A-5653751 eine Projektionsvorrichtung, die anstelle einer Linse im Auge implantiert ist.

Dieser Aufbau erfordert somit einen Eingriff in das menschliche Auge, der bei einem gesunden Auge nicht in Frage kommt. Einen vergleichbaren Aufbau jedoch mit Laserlicht-Projektion über einen oszillierenden Spiegel offenbart die JP-A-11-64782, zu deren Realisierung eine Kristalllinse ins Auge eingesetzt werden muss. Die US-A-5703637 gibt einen Aufbau an, bei dem mit dem Netzhaut-Direkt-Display auch eine Eye-Tracking-Vorrichtung verbunden ist, um die Blickrichtung des Auges zu ermitteln und derart das Bild optimal auf die Netzhaut projizieren zu können.

Im Rahmen der Erfindung liegen auch Aufbauten, die sich solcher oder ähnlicher, an sich bekannter Eye-Tracking-Systeme bedienen, um den Laserstrahl des Displays zu leiten. Auf die besondere Ausgestaltung dieser Eye-Tracking-Vorrichtungen wird jedoch hier nicht näher eingegangen, da der Fachmann sie direkt aus dem Stand der Technik übernehmen kann. Diesbezüglich wird auch auf die US-A-5659327, WO-A-99/36826, und WO-A-99/36903 verwiesen.

Weitere Displays sind in den DE-A-197 53 040, US-A-5935155 und WO-A-97/14137 angegeben. Des Weiteren sind Netzhautdisplays aus verschiedensten Anmeldungen bekannt:

In US-4764005 wird eines zu einer Astigmatismus-Messung verwendet, in US-5703637 und US-5369415 wird ein Netzhautdisplay in Kombination mit einem TV-Empfänger offenbart, in US-5596339 und US-5467104 werden virtuelle Netzhautdisplays beschrieben und in der US-5359669 liegt eine sogenannte Netzhauterkennung geoffenbart.

Alle diese Anwendungen sind nach Belieben mit der vorliegenden Anmeldung kombinierbar.

Mittels der erfindungsgemäßen Anwendung von Laser-Netzhautdisplays im Mikroskopiebereich ist es möglich, die Auflösung der Netzhaut des menschlichen Auges voll auszunützen, indem die Laserstrahlen durch den zentralen Bereich der Linse des menschlichen Auges (immer an derselben Stelle) in ausgesuchten und computergesteuerten Winkelpositionen schräg zur optischen Achse auf die Netzhaut gerichtet werden. Derart werden die optischen Eigenschaften der Linse des menschlichen Auges praktisch ausgeschaltet und die Qualität der Abbildung hinsichtlich Auflösung und Schärfe optimiert.

Vorteilhafterweise muss sich das Auge nicht mehr auf eine Bildschirm- bzw. Displayentfernung einstellen, was sich erfindungsgemäß im Mikroskopiebereich vorteilhaft für den Anwender auswirkt. Einen Bildschirm bzw. ein Display gibt es - durch das neue Okularsystem - für das mittels Laserlicht projizierte Bild im herkömmlichen Sinn nicht mehr. Dies führt für den Beobachter zu einer entspannten Beobachtungshaltung, was insbesondere bei der Operationsmikroskopie vorteilhaft und gewünscht ist. Gerade dort, wo es im Sinne von der Rettung menschlichen Lebens auf höchste Sicherheit, größte Genauigkeit und möglichst schonende Belastung eines Operateurs ankommt, verschafft die Erfindung Erleichterung.

Dies insbesondere dann, wenn das neue Okularteil gemäß einer besonderen Ausgestaltung einen vollständigen Ersatz der Optik eines herkömmlichen Okulars beinhaltet. Bei einem solchen Aufbau stützt sich die Erfindung auf die Tatsache, dass es schon heute, aber noch vermehrt in der nahen Zukunft Videokameras gibt bzw. geben wird, die dem menschlichen Auge in vielerlei Hinsicht deutlich überlegen sind. Das Mikroskop wird bei diesem neuen Aufbau - wie an sich bekannt - durch ein Videokamerasystem ersetzt, das anstelle eines herkömmlichen Okulars ein erfindungsgemäß eingesetztes Laser-Netzhautdisplay trägt. Das von der Kamera aufgenommene Bild wird in Echtzeit dem Beobachter durch das Laser-Netzhautdisplay übertragen. Ein zwischengeschalteter Rechner kann zudem weitere Bildverbesserungen bzw. Auswertungen, wie z. B. auch in der WO-A-96/36897 angegeben - vornehmen.

Selbstverständlich lassen sich durch einen solchen Aufbau auch beliebige Bildüberlagerungen, wie z. B. Röntgen- oder CT-Bilder auf elektronische Weise bewerkstelligen. Der Fachmann kennt eine Vielzahl von elektronischen Überlagerungssystemen, insbesondere für stereotaktische Operationen, die dafür zur Anwendung gelangen können. Neu ist dabei erfindungsgemäß - wie chon erwähnt - der Einsatz des Laser-Netzhautdisplays.

Gegebenenfalls kann der neue Aufbau bei einer anderen Ausführungsart jedoch auch dazu benutzt werden, einzuspiegelnde Bilder aus Röntgen-, CT- und anderen Abbildungsverfahren zu überlagern, wobei das Auge seine normale Sichtfunktion beibehält; unabhängig vom Fokussierzustand der menschlichen Augenlinse wird, ohne weitere Adaption, das Laserbild auf die Netzhaut geschrieben. Das lasergeschriebene Bild ist dabei unabhängig von der Linse immer gleich groß, es sei denn, die Laserdisplaysteuerung wird verändert.

Die erfindungsgemäße Anwendung eines an sich bekannten Laser- Netzhautdisplays kann mit Vorteil auch als Ersatz eines Okulars bei einem anderen optischen Vergrößerungsgerät (wie z. B. Fernrohr, Feldstecher, usw.) eingesetzt werden. Auch dabei werden die Laserstrahlen unter Umgehung der Linsenwirkung der Augenlinse direkt auf die Netzhaut des menschlichen Auges geworfen, um dort das Bild entstehen zu lassen. Die Laserstrahlen werden dabei durch das elektronisch aufgearbeitete Bild, das durch eine elektronische Bildaufnahmevorrichtung zuvor aufgenommen wurde, gesteuert und ggf. auch elektronisch verbessert.

Der Vorteil gegenüber herkömmlichen Systemen liegt dabei auch hier im Entfallen eines Bildschirms und einer Okularoptik - die aus physikalischen Gründen stets fehlerbehaftet ist - und somit in einer besseren Auflösung, verbunden mit anderen Vorteilen, die elektronisch ver- bzw. bearbeitbare Bilder gestatten. In vielen Fällen wird auch hier das Bildaufnahmegerät eine Videokamera sein, deren Qualitäten und Auflösungsvermögen heute dem menschlichen Auge bereits überlegen sind, sodass insgesamt auf der Netzhaut eine bessere Auflösung und schärfere Bilder als bei herkömmlichen Vergrößerungseinrichtungen dargestellt werden können.

Erfindungsgemäß einsetzbare Laser-Netzhautdisplays sind - wie bereits oben angegeben - in verschiedenen Bauarten bekannt geworden, sodass auf deren technischen Einzelheiten hier nicht näher eingegangen werden muss. Die folgenden vorveröffentlichten Displays gelten insbesondere mit ihren Figuren und Figurenbeschreibungen bzw. mit deren veröffentlichten Aufbauten als hierin geoffenbart:

WO-A-99/36826, US-A-5703637, US-A-5659327, US-A-5653751, JP-A-11-64782, "Virtual Retinal Display", veröffentlicht im "Economist" vom 1.5.1999 und in der "Technologiefrühwarnung" 7/99 Trendletter.

Die vorliegende Erfindung umfasst somit die Integration von bekannten neuartigen Netzhaut-Displays in herkömmliche Mikroskope bzw. andere Vergrößerungseinrichtungen zur Erhöhung der Sehleistung mit solchen Mikroskopen bzw. Vergrößerungseinrichtungen.

Die Vergrößerung kann durch die Wahl des Ablenkwinkels des Laserstrahls variiert werden (kleiner Winkel: geringe Vergrößerung; großer Winkel: große Vergrößerung) vgl. Fig. 2.

Diese Anmeldung integriert per Referenz auch die Offenbarung der WO-A-96/36897 mit deren Figuren und Figurenbeschreibungen insbesondere.

Weitere Verbesserungen und erfindungsgemäße Details ergeben sich aus den Zeichnungen, die erfindungsgemäße symbolische Ausführungsbeispiele darstellen.

Es zeigen dabei:

Fig. 1 einen symbolischen Mikroskopaufbau mit Laserokular;

Fig. 2 ein vergleichbares Laserokular mit angedeuteten Laserstrahlen durch die Mitte der Linse eines Auges; und

Fig. 3 einen Aufbau mit vom Mikroskop entfernt angeordneten Laserokularen, die über Leitungen mit dem Mikroskop verbunden sind.

Fig. 1 stellt symbolisch einen herkömmlichen Stativaufbau, z. B. eines Operationsmikroskopes dar, bei dem mittels eines rollengelagerten Stativfußes 2 und eines Mikroskopkörpers 4 die Fokalebene 6 am Tisch 3 gehalten werden kann. Der Betrachter bedient sich hierbei, im Unterschied zu einem herkömmlichen Okular, eines erfindungsgemäßen Laserokulars 8 (10), welches einem Tubus 7 aufgesetzt ist. Anstelle einer Abbildung des Mikroskopbildes durch die Okularlinsen und die Linsen des Betrachterauges auf die Netzhaut der Betrachteraugen, wird mittels Laserstrahl durch die Linsenmitte direkt ein Bild auf die Netzhaut geschrieben. Dem Laserokular 8, (10) ist beispielhaft ein regelbarer Lichtfilter 20 nachgeschaltet, um die Bildhelligkeit dem Anwenderauge anzupassen.

In Fig. 2 sieht man, symbolisch dargestellt, ein vergleichbares Laser-Okularteil, welches einem Tubus 7 aufgesetzt ist und als ein Netzhautdisplay 10 fungiert. Die aus dem Netzhautdisplay 10 austretenden Laserstrahlen (vorzugsweise farbige Laserstrahlen) treten im Durchstoßpunkt 12 (Zentrum der Linse des Betrachterauges) in das Betrachterauge 11 und regen die Netzhaut 13 zum Erkennen von Bildinformationen an.

Fig. 3 zeigt symbolisch einen Mikroskopkörper 4, an dem Kameras 14 und eine Steuerelektronik 15 angebracht sind. Diese sind mit einem linken 16 und einem rechten 17 - für sich gesehen tragbaren - Netzhautdisplay verbunden und versorgen die jeweiligen Augen des Betrachters 18, 19 mit den über den Kameras aufgenommenen Bildern aus dem Mikroskop. Da die Videobilder für die Netzhautlaser-Displays 8, 10, 16, 17 ursprünglich Videobilder sind, können diese auch beliebig und rechnergestützt bearbeitet, mit Zusatzinformationen, wie Patientendaten etc., versehen werden. 1 Stativ
2 Stativfuß
3 Tisch
4 Mikroskopkörper mit Zoomfunktion
5 Hauptobjektiv
6 Fokusebene
7 Tubus
8 Laserokular
9 Okularteil
10 Netzhautdisplay
11 Betrachterauge
12 Durchstoßpunkt der Laserstrahlen im Auge
13 Netzhaut (Retina)
14 Kamera
15 Elektronik
16 Linkes Netzhautdisplay
17 Rechtes Netzhautdisplay
18 Linkes Betrachterauge
19 Rechtes Betrachterauge
20 Lichtfiltervorrichtung

Claims (10)

1. Mikroskop mit einem Okularteil (9), dadurch gekennzeichnet, dass das Okularteil (9) ein Netzhautdisplay (10) umfasst, das zur ermüdungsfreien Betrachtung und auflösungsstarken Darstellung von Bildern unter Umgehung der Abbildungseigenschaften der menschlichen Abbildungsoptik mittels Laserlicht die Bilder direkt auf die Netzhaut (13) eines Betrachterauges (11) schreibt.

2. Mikroskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Okularteil (9) ausschließlich das Netzhautdisplay (10) und kein herkömmliches Okular (8) umfasst, und dass das mikroskopische Bild vom Objekt mittels Videotechnik aufnehmbar und über das Netzhautdisplay (10) darstellbar ist.

3. Mikroskop nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Okularteil (9) vom Tubus (7) bzw. Hauptkörper des Mikroskops (4) entfernt - insbesondere in Form einer Brille o. dgl. - angeordnet ist.

4. Mikroskop nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Netzhautdisplay (10) einen Farblaser umfasst.

5. Mikroskop nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Netzhautdisplay (10) eine Eye-Tracking- Vorrichtung umfasst, durch die die Laserstrahlen des Netzhautdisplays (10) richtungsgesteuert auf die Netzhaut (13) des Betrachterauges (11) schreibbar sind.

6. Mikroskop nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Netzhautdisplay (10) eine elektronische Überlagerungsvorrichtung gekoppelt ist, die die Darstellung des betrachteten Objektbildes gleichzeitig zur Darstellung von anderen Bilddaten, wie Patientendaten, anderen Diagnosedaten o. dgl., ermöglicht.

7. Mikroskop nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Netzhautdisplay (10) eine elektronische Bildbearbeitungsvorrichtung zur Bildverbesserung verbunden ist, die bedarfsabhängig eine automatische Bildbearbeitung, wie z. B. Färbung, Randzonendarstellung, Kontrastverbesserung o. dgl., ermöglicht.

8. Mikroskop nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Netzhautdisplay (10) ein stufenlos regelbarer Lichtfilter (20) nachgeschaltet ist, um die Bildhelligkeit dem Anwenderbedarf anzupassen.

9. Operationsmikroskop nach einem der vorhergehenden Ansprüche.

10. Vergrößerungsvorrichtung unter Ausschluss eines Mikroskops mit den Merkmalen nach einem der vorhergehenden Ansprüche.