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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein optisches Abbildungssystem, insbesondere
Mikroskopsystem, umfassend ein Zoomsystem zur Einstellung einer
veränderlichen Vergrößerung der Abbildung, wobei
das Zoomsystem zumindest eine Linsenbaugruppe und/oder zumindest
eine SLM-Optik aufweist, und ein Beleuchtungssystem zur Beleuchtung
eines abzubildenden Objektes.
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Derartige
optische Abbildungssysteme, insbesondere ausgeführt als
Mikroskope, insbesondere Stereomikroskope, sind allgemein bekannt.
Stereomikroskope weisen zwei Kanäle mit jeweils einem Zoomsystem
zur synchronen Veränderung der Abbildungsvergrößerung
auf. Ein solches Zoomsystem ist beispielsweise aus der
US 6,853,494 B2 bekannt. Das
dort vorgeschlagene Zoomsystem besteht aus zwei äußeren
stationären Linsenbaugruppen und zwei inneren beweglichen
Linsenbaugruppen, welche letztere in vorgegebener Weise in Richtung
der optischen Achse des Zoomsystems verschiebbar gelagert sind.
Anstelle von Zoomsystemen können beispielsweise in Diagnosemikroskopen
auch Vergrößerungswechsler mit fixen Vergrößerungsfaktoren
eingesetzt werden. Hierzu sind die entsprechenden Optiken auf einer
Walze drehbar montiert und lassen sich je nach gewünschtem
Vergrößerungsfaktor durch Drehen der Walze in
den Strahlengang einbringen. Der prinzipielle Aufbau eines Mikroskops
mit Vergrößerungswechsler (diskret oder Zoomsystem) ist
beispielsweise in
Lang, Muchel: "ZEISS Microscopes
for Microsurgery", Berlin, 1981, Seite 6 dargestellt
und beschrieben.
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Weitere
Zoomsysteme sind in den Schriften
DE
1 293 470 OS für monoskopische Betrachtung und
aus der
EP 1 431 796
B1 für stereoskopische Betrachtung bekannt.
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Da
die Verschiebung der Zoomglieder in einem Zoomsystem hochpräzise
und bei Stereomikroskopen in beiden Zoomsystemen synchron erfolgen muss,
stellt die Ansteuerung von Zoomsystemen eine hohe technische Herausforderung
dar. Außerdem bedingt die Notwendigkeit verschiebbarer
Linsenbaugruppen ein entsprechend hohes Bauvolumen des Zoomsystems.
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In
der
DE 103 49 293
A1 wird der Einsatz einer Linse einstellbarer Brechkraft
für die Zoomsysteme im linken und rechten Stereokanal eines
Stereomikroskopiesystems vorgeschlagen, um ohne Lageänderung
einer Linsenbaugruppe eine änderbare Vergrößerung
bereitzustellen. Als Linse einstellbarer Brechkraft wird zum einen
eine Flüssigkristalllinse, welche über eine Elektrodenstruktur
ansteuerbar ist, vorgeschlagen und zum anderen eine reine Flüssiglinse,
die zwei nicht-mischbare Flüssigkeiten mit unterschiedlichem
Brechungsindex in einem Gehäuse mit zwei Elektroden umfasst,
wobei durch eine Änderung der Spannung zwischen den Elektroden
der Winkel zwischen der Grenzfläche der beiden Flüssigkeiten
und der diese umgebenden Wand veränderbar ist. Eine Änderung
dieses Winkels führt zu einer Änderung der Linsenwirkung
der Flüssiglinse. Die in dieser Schrift vorgeschlagene
Zoom-Optik weist mehrere Linsenbaugruppen auf, die jeweils eine
erste Linse positiver Brechkraft, eine zweite Linse negativer Brechkraft
sowie eine dritte Linse einstellbarer Brechkraft umfassen. Bei Verwendung
nur einer Linsenbaugruppe mit einer Linse einstellbarer Brechkraft
sind gemäß dieser Schrift zwei weitere Linsenbaugruppen
er forderlich, wovon eine (die mittlere) wiederum entlang der optischen
Achse der Zoom-Optik verschiebbar gelagert ist. Auch wenn gemäß dieser
Schrift sich bei Verwendung zweier Linsen einstellbarer Brechkraft
in einer Zoom-Optik die Notwendigkeit der Verschiebbarkeit einer
Linsenbaugruppe entlang der optischen Achse der Zoom-Optik erübrigt,
so bleibt dennoch der Nachteil, dass die eingesetzte Optik mit verschiebbarer
Linsenbaugruppe zu voluminös ist und der Wunsch von Benutzern,
insbesondere derjenigen von Operationsmikroskopen, nach niedrigbauenden
Mikroskopen nicht erfüllt werden kann, oder aber die Zoom-Optik
ohne verschiebbare Linsenbaugruppe in Längsrichtung zu
kurz baut, um Bildfehler ausreichend gut zu korrigieren (”angespanntes
Zoomsystem”).
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Um
den Benutzerwunsch nach niedriger Bauhöhe zu erfüllen,
schlägt die
US
2001/0010592 A1 ein Stereomikroskop mit einem sogenannten ”liegenden
Zoomsystem” vor. Die Zoomsysteme der beiden Kanäle
des Stereomikroskops sind hier in derselben horizontalen Ebene nebeneinander
angeordnet, wobei die optische Achse des Hauptobjektivs auf diese
Ebene senkrecht steht. Zu diesem Zweck ist ein Umlenkelement vorgesehen,
das den (vertikalen) Beobachtungsstrahlengang in die besagte (horizontale)
Ebene umlenkt, in der die beiden Zoomsysteme des Stereomikroskops
angeordnet sind. Bei dem dort vorgeschlagenen Stereomikroskop können
weitere Strahlteiler und Umlenkelemente vorgesehen sein, um den
Strahlengang an (Mit-)Beobachter geeignet auszukoppeln und/oder
einem (Haupt-)Beobachter an geeigneter Stelle zuzuführen.
Das dort beschriebene Stereomikroskop weist zwar eine gering gehaltene
Bauhöhe auf, ist jedoch in seiner Tiefenausdehnung vergrößert,
was sich für den oder die Benutzer störend auswirken
kann, insbesondere wenn das Mikroskop als Operationsmikroskop eingesetzt
wird.
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Hier
und im Folgenden beziehen sich die Richtungsangaben ”vertikal” und ”horizontal” auf
die normale Arbeitsposition eines optischen Abbildungssystems, insbesondere
eines Mikroskops.
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Die
Druckschriften
US 6,304,374
B1 und
DE 43
36 715 C2 beschreiben ein Stereomikroskop mit einem gemeinsamen
Hauptobjektiv für den rechten und linken Kanal des Stereomikroskops
und einem für den rechten und linken Kanal gemeinsamen,
afokalen Vergrößerungssystem sowie mit einem Binokulartubus
zur Beobachtung des aus dem afokalen Vergrößerungssystem
austretenden Objektlichtes. Das dort eingesetzte Zoomsystem ist
somit monoskopisch; die stereoskopische Aufspaltung, um ein räumliches
Sehen zu ermöglichen, geschieht erst nach Austritt des
Strahlengangs aus dem Zoomsystem. Ein derartiges System hat den
großen Nachteil, dass das räumliche Sehen (”Stereopsis”)
von der Vergrößerung des Zoomsystems abhängt.
Dies wird von den meisten Anwendern nicht akzeptiert. Weiterhin
ist bei den dort vorgeschlagenen Systemen das Zoomsystem liegend
angeordnet und zusätzlich sind im Zoomsystem selbst Umlenkelemente
(Prismen) vorhanden, um den Strahlengang in zwei übereinander
liegende horizontale Ebenen zu lenken. Weiterhin ist der in der
ersten horizontalen Ebene befindliche Teil des Zoomsystems auf einer
gemeinsamen Achse hinter und mit dem Hauptobjektiv angeordnet. Hierzu
ist ein weiterer Umlenkspiegel notwendig, der das Objektlicht in
das Hauptobjektiv lenkt, so dass das System insgesamt mindestens
vier Umlenkelemente benötigt.
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Weil
die vergrößerungsabhängige Stereopsis
vom Anwender nicht gewünscht ist, hat die Anmelderin in
der
US 7,057,807 B2 sowie
in der
EP 1 424 581
B1 und der
EP
1 460 466 B1 ein Mikroskopiesystem vorgeschlagen, das immer
mindestens zwei optische Zoomkanäle enthält, die ”liegend” angeordnet
sind, so dass der Vorteil einer geringen Bauhöhe bei gleichzeitiger
vergrößerungsunabhängiger Stereopsis
erzielt wird. Wenn eine assistentische Mitbeobachtung mit voller
räumlicher Auflösung gewünscht wird,
werden insgesamt vier Kanäle (zwei für den Hauptbeobachter,
zwei für den Assistenten) benötigt.
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Bei
dem Aufbau gemäß genannter
US 7,057,807 B2 liegen drei
zueinander parallele horizontale Ebenen vor; Umlenkelemente dienen
zur Umlenkung der Strahlengänge in die jeweiligen horizontalen
Ebenen. Die Zoomsysteme für den Hauptbeobachter liegen
beispielsweise in der zweiten (mittleren) horizontalen Ebene, während
die Zoomsysteme für den Assistenten in der dritten (oberen) horizontalen
Ebene angeordnet sind. Die genannten Schriften
EP 1 424 581 B1 und
EP 1 460 466 B1 geben
weitere Möglichkeiten der assistentischen Auskopplung in
den verschiedenen horizontalen Ebenen an. Die dort eingesetzten
Zoomsysteme befinden sich jeweils immer in einer der horizontalen
Ebenen.
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Schließlich
ist in einem anderen Zusammenhang aus der
DE 10 2006 022 073 A1 der
Anmelderin ein Verfahren zum Betrieb eines Mikroskops mit einer Beleuchtungseinheit
zur Beleuchtung eines mit dem Mikroskop betrachteten Objekts bekannt,
wobei der Arbeitsabstand des Mikroskops veränderbar ist
und der Beleuchtungs- und Beobachtungsstrahlengang jeweils durch
das Hauptobjektiv des Mikroskops verlaufen. Bei dem vorgeschlagenen
Verfahren wird die Lichtintensität in der Objektebene in
Abhängigkeit des Arbeitsabstands entsprechend einem vorgegebenen
Verlauf geregelt. Gemäß einem weiteren Aspekt
wird die Lichtintensität im Okular in Abhängigkeit von
einer Betätigung eines Zoomsystems des Mikroskops und einer
Brennweitenänderung des Hauptobjektivs des Mikroskops gemeinsam
geregelt. Für diese Regelungen wird von Sensoren Gebrauch
gemacht, die Änderungen der Lichtintensitäten
detektieren. Zur Regelung der Lichtintensität kann entweder
die elektrische Leistungszufuhr der Lampe der Beleuchtungseinheit
angesteuert werden oder die Transmission eines optischen Elements
(Transmissions- oder Interferenzfilter) verändert werden
oder eine in die Beleuchtungsapertur eingesetzte Blende angesteuert
werden oder schließlich die Beleuchtungsoptik angesteuert
werden, indem etwa eine verschiebbare Linse oder Linsengruppe (Beleuchtungszoom)
in Richtung des Beleuchtungsstrahlengangs verschoben wird. Durch
eine solche Verschiebung wird ein Fokussieren oder Defokussieren
des Beleuchtungsstrahlengangs mit entsprechender Variation der Helligkeit
erzielt. In diesem Zusammenhang ist es erstrebenswert, eine möglichst
einfache Regelung der Lichtintensität in der Objektebene
oder im Okular mit möglichst wenigen Bauelementen zu realisieren.
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Aufgabe
vorliegender Erfindung ist es, ein optisches Abbildungssystem, insbesondere
Mikroskopsystem, mit einem Zoomsystem und einem Beleuchtungssystem
anzugeben, bei dem sich Zoomsystem und Beleuchtungssystem in einfacher
Weise aufeinander abstimmen lassen, und das insbesondere in seinen
Ausgestaltungen eine möglichst kompakte Bauform ohne die
oben genannten Nachteile erzielt.
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Diese
Aufgabe wird durch ein optisches Abbildungssystem gemäß Patentanspruch
1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben
sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
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Das
erfindungsgemäße optische Abbildungssystem, insbesondere
mit einem Mikroskop, das ein Zoomsystem zur Einstellung einer veränderlichen
Vergrößerung der Abbildung, wobei das Zoomsystem
zumindest eine Linsenbaugruppe und/oder zumindest eine SLM-Optik
aufweist, und das ein Beleuchtungssystem zur Beleuchtung eines in
einer Objektebene befindlichen abzubildenden Objektes umfasst, ist
dadurch gekennzeichnet, dass das Beleuchtungssystem eine SLM-Optik
zur Einstellung der Brennweite innerhalb des Beleuchtungssystems
aufweist.
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Der
Begriff ”SLM-Optik” soll in vorliegender Anmeldung
als Sammelbegriff für optoelektronische Elemente verwendet
werden, die hoch auflösend Lichtwellenfronten in Amplitude
und/oder Phase beeinflussen können. Die Abkürzung ”SLM” steht
für ”Spatial Light Modulator” (englisch
für ”räumlicher Lichtmodulator”).
Es handelt sich in der Regel um elektronisch ansteuerbare Arrays
(es existieren auch optisch ansteuerbare SLMs), die in jedem Punkt
des Arrays zur Änderung des auftreffenden Strahlenverlaufs
ansteuerbar sind. Eine Zusammenfassung der SLM-Technologie findet
sich beispielsweise in Sven Krüger et al., "Schaltbare
diffraktivoptische Elemente zur Steuerung von Laserlicht",
Photonik 1/2004, S. 46 ff.
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SLM-Optiken
lassen sich auch speziell zur Fokussierung und/oder Vergrößerung
verwenden. Es sind Flüssigkristall-Optiken, wie Flüssigkristall-Linsen,
mit variabler, einstellbarer Fokuslänge bekannt (vgl.
Photonik
5/2003, Seite 14, "Flüssigkristall-Optik" sowie
optics & laser
europe (OLE), Mai 2006, Seite 11, "Liquid Crystals ease
bifocal strain"). Eine Ausführungsform
einer solchen Flüssigkristall-Linse besteht aus einer Schicht
eines Flüssigkristalls zwischen zwei Glasschichten, wobei
die Glasschichten mit konzentrischen transparenten Elektrodenringen beschichtet
sind. Durch Änderung einer an die Elektrodenringe angelegten
Spannung verändern diese Flüssigkristall-Linsen
ihre Fokuslänge. Eine weitere Möglichkeit stellen
sogenannte ”EAP-Linsen” (EAP = elektroaktiver
Polymer) dar, bei denen durch Anlegen einer elektrischen Spannung
die Brechkraft der Linse verändert werden kann. Solche
Elemente sind hervorragend geeignet, um die in einem Videoadapter vorhandenen
herkömmlichen Linsen ganz oder zum Teil zu ersetzen. Hierdurch
wird eine einfache Fokuseinstellung ermöglicht. Bei Zoomsystemen
kann der Einsatz von SLM-Optiken verschiebbare Zoomglieder überflüssig
machen. Da die Ansteuerung elektronisch erfolgt, kann außerdem
auf bisher übliche Motoren zur Verschiebung von Linsengruppen
im Gesamten oder relativ zueinander verzichtet werden.
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Bei
der SLM-Optik kann es sich um ein reflektives Mikrodisplay, insbesondere
ein reflektives Flüssigkristall-Display (LCD, Liquid Crystal
Display), handeln. Solche reflektive LCDs können beispielsweise
als LCoS-Lichtmodulatoren (Liquid Crystal over Silicon) realisiert
sein. Zu Aufbau und Funktionsweise eines reflektiven LCoS-Mikrodisplays
sei auf den genannten Artikel von Sven Krüger et
al. verwiesen.
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LCD-Systeme
besitzen den Vorteil kleiner adressierbarer Strukturen, hoher Auflösung
und hoher Dynamik. Es lassen sich Amplituden- und Phasenmodulationen
in hoher Präzision und mit kurzen Ansprechzeiten realisieren.
Somit lassen sie sich zur Strahlformung, Strahlteilung, dynamischen
Abberationskorrektur usw. einsetzen. Neben den relativ neuen reflektiven
LCDs sind seit längerem transmissive Mikrodisplays (”elektronisches
Dia”), wie transmissive Flüssigkristall-Displays
bekannt, die sich für die Erfindung ebenfalls mit Vorteil
einsetzen lassen.
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Ein
weiterer wichtiger Vertreter der SLM-Optiken sind Mikrospiegelarrays
mit individuell ansteuerbaren und in ihrer räumlichen Orientierung
einstellbaren Mikrospiegeln (englisch DMD, Digital Micro-Mirror
Device). Solche Mikrospiegelarrays lassen sich zur Strahlumlenkung
und Strahlteilung einsetzen. Werden die Mikrospiegel in ihrer Orientierung sphärisch
oder asphärisch (oder allgemeiner: nicht planar) geeignet
orientiert, so lässt sich ein Mikrospiegelarray auch zur
Fokussierung und/oder zur optischen Korrektur verwenden. Ein weiterer
wichtiger Vertreter der SLM-Optiken sind Mikrospiegelarrays mit
individuell ansteuerbaren und in ihrer räumlichen Orientierung
einstellbaren Mikrospiegeln (englisch DMD, Digital Micro-Mirror
Device). Solche Mikrospiegelarrays lassen sich zur Strahlumlenkung
und Strahlteilung einsetzen. Werden die Mikrospiegel in ihrer Orientierung
sphärisch oder asphärisch (oder allgemeiner: nicht
planar) geeignet orientiert, so lässt sich ein Mikrospiegelarray
auch zur Fokussierung und/oder zur optischen Korrektur verwenden.
Zu den technischen Grundlagen und Einsatzmöglichkeiten sei
auf den Artikel "DLP Technologie – nicht
nur für Projektoren und Fernsehen" in Photonik
1/2005, S. 32-35, verwiesen.
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Der
erfindungsgemäße Einsatz von SLM-Optiken sowohl
im Beleuchtungs- als auch im Zoomsystem des optischen Abbildungssystems
ergibt überraschende vielfältige Vorteile, die dazu
führen, dass herkömmliche optische Abbildungssysteme
technisch weitaus einfacher als bisher und insbesondere deutlich
kleiner, leichter und kompakter sowie geräuschärmer
und mit deutlich kürzeren Ansprechzeiten und präziserer
Ansteuerung realisiert werden können.
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Als
SLM-Optik zur Einstellung der Brennweite innerhalb des Beleuchtungssystems
eignen sich die oben genannten SLM-Optiken, die fokussierende Wirkung
besitzen können. Hierzu sind beispielsweise Mikrospiegelarrays
geeignet, indem eine geeignete asphärische oder sphärische
oder allgemeiner nicht-planare Orientierung der Mikrospiegel eingestellt
wird. Weiterhin sind hierzu die bereits genannten Flüssigkristalllinsen
oder EAP-Linsen mit variabler, einstellbarer Fokuslänge
geeignet.
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Der
erfindungsgemäße Einsatz einer SLM-Optik zur Einstellung
der Brennweite innerhalb des Beleuchtungssystems zusammen mit dem
Einsatz einer SLM-Optik in einem Zoomsystem des optischen Abbildungssystems
hat folgende Vorteile:
Zunächst kann die Optik des
Zoomsystems weniger voluminös gestaltet werden als diejenige
bisher üblicher Zoomsysteme mit (mindestens einer) verschiebbaren
Linsenbaugruppe, die hochpräzise und elektromechanisch
je nach Vergrößerungsfaktor verschoben werden
muss (bzw. müssen). Weiterhin kann ein oft geäußerter
Wunsch der Anwender erfüllt werden, die Vergrößerung
bei einem Zoomsystem analog zu derjenigen eines diskreten Wechslers
direkt von einer Vergrößerungsstufe auf eine andere
gewünschte umzuschalten, ohne alle Zwischenwerte kontinuierlich
durchfahren zu müssen. Aufgrund der Verwendung einer SLM-Optik
kann das Umschalten zwischen Vergrößerungsstufen
durch elektrische Ansteuerung verzögerungsfrei vorgenommen
werden.
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Insbesondere
erlaubt aber die Erfindung eine verzögerungsfreie und synchrone
Anpassung der Beleuchtung an sich ändernde Zoomeinstellungen
(und umgekehrt). Je nach Zoomeinstellung (Erhöhen der Vergrößerung) ändert
sich bekanntlich das Beobachtungsfeld (kleiner werdendes Beobachtungsfeld
und abnehmende Helligkeit), so dass für eine optimale mikroskopische
Betrachtung das Beleuchtungsfeld in Geometrie und Helligkeit entsprechend
angepasst werden sollte. Hierzu sind die genannten SLM-Optiken optimal
geeignet. Bei Erhöhung der Vergrößerung
erfolgt über die SLM-Optik eine Verkleinerung der Leuchtfelder
mit wachsender Lichtintensität.
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Neben
der genannten Einstellmöglichkeiten mittels fokussierender
SLM-Optiken kann beispielsweise die Helligkeit und/oder Geometrie
der Beleuchtung zusätzlich auch über ein (transmissives
oder reflektives) Mikrodisplay gesteuert werden.
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Weist
die Beleuchtungseinheit ein Beleuchtungszoomsystem auf, so kann
darüber hinaus durch Verwendung einer oder mehrerer SLM-Optiken
analog zum Zoomsystem des optischen Abbildungssystems auf bewegliche
Linsenglieder im Beleuchtungszoomsystem verzichtet werden. Hieraus
ergeben sich die bereits in Zusammenhang mit dem Zoomsystem des
optischen Abbildungssystems angesprochenen Vorteile in analoger
Weise.
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Insgesamt
ergibt sich somit durch den Einbau einer SLM-Optik in eine Beleuchtungseinheit
eines optischen Abbildungssystems die Möglichkeit, die
Brennweite innerhalb der Beleuchtungseinheit und/oder die Helligkeit
und/oder Geo metrie des Leuchtfelds elektronisch gezielt zu verändern
und diese Größen an die jeweiligen Einstellungen
des Zoomsystems gezielt zu koppeln. Hierzu kann eine Steuereinheit
vorgesehen sein, die die SLM-Optiken des Zoomsystems des optischen
Abbildungssystems und des Beleuchtungs(zoom)systems gemeinsam geeignet
ansteuert. Dies erlaubt eine wesentlich einfachere Kopplung als
bei bisherigen Systemen.
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Bei
herkömmlichen Mikroskopsystemen, die hier als Beispiel
eines optischen Abbildungssystems behandelt werden sollen, existieren
verschiedene Möglichkeiten der Anordnung des Beleuchtungssystems.
Dieses kann unabhängig vom Mikroskop als eigenständige
Einheit mit zugehöriger Optik das Objektfeld beleuchten.
In einer anderen Ausgestaltung wird mittels eines Umlenkelements
der Beleuchtungsstrahlengang über das (Haupt-)Objektiv
des Mikroskops auf die Objektebene geleitet. Die vorliegende Erfindung
lässt sich für beide Arten von Beleuchtungssystemen
einsetzen. Sollte das Beleuchtungssystem ein Beleuchtungszoomsystem
enthalten, ergibt sich die vorteilhafte Möglichkeit, das
vorhandene Zoomsystem des optischen Abbildungssystems als Beleuchtungszoomsystem
zu nutzen. Mittels eines geeigneten Umlenkelements wird der Beleuchtungsstrahlengang
beispielsweise in einen der beiden Beobachtungskanäle in
das Zoomsystem des optischen Abbildungssystems gelenkt, wobei der
Beleuchtungsstrahlengang anschließend wiederum über
das (Haupt-)Objektiv des Mikroskops auf die Objektebene geleitet
wird. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass die Anzahl der Komponenten
verringert ist und dass insbesondere die Beleuchtungseinstellung
sich automatisch mit einer Zoomeinstellung ändert.
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Mit
der vorliegenden Erfindung kann mit großem Vorteil eine
Variante des bereits oben angesprochenen Aufbaus eines ”liegenden
Zoomsystems” realisiert werden, indem nämlich
die zumindest eine SLM-Optik des Zoomsystems des optischen Abbildungssystems
als Umlenkelement eingesetzt wird. Das Umlenkelement kann den Beobachtungsstrahlengang
beispielsweise aus einer vertikalen Richtung in eine horizontale
Richtung lenken, wobei Teile des Zoomsystems in einer entsprechenden
horizontalen Ebene angeordnet sind. Als Umlenkelemente geeignete
SLM-Optiken sind beispielsweise reflektive Mikrodisplays oder Mikrospiegelarrays.
Ein weiterer Vorteil bei Verwendung dieser SLM-Optiken besteht darin,
dass sie auch andere Funktionen realisieren können, nämlich
beispielsweise Fokuseinstellungen und optische Korrekturen (Mikrospiegelarrays)
oder Helligkeits- und Geometrieeinstellungen (reflektive Mikrodisplays
und Mikrospiegelarrays). Eine weitere mögliche Anordnung
besteht darin, Teile des Zoomsystems in einer horizontalen Ebene
anzuordnen, wobei eine als Umlenkelement wirkende SLM-Optik innerhalb
des Zoomsystems den Beobachtungsstrahlengang in eine (im wesentlichen)
vertikale Richtung umlenkt, in der die weiteren Teile des Zoomsystems
angeordnet sind. Nach Verlassen des Zoomsystems kann der Beobachtungsstrahlengang beispielsweise
mittels eines weiteren Umlenkelements (klassisch oder SLM-Optik)
in eine weitere horizontale Ebene gelenkt werden.
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In
Bezug auf die genannten weiteren Funktionen insbesondere im Zusammenhang
mit der Verwendung von Mikrospiegelarrays, sei ausgeführt, dass
mittels einer sphärischer oder asphärischer Orientierung
der Mikrospiegel (allgemeiner nicht-planerer Orientierung) sich
eine fokussierende Wirkung des Mikrospiegelarrays erzielen lässt,
wobei zusätzlich optische Korrekturen vorgenommen werden
können. Zusätzlich oder alternativ können
bestimmte Bereiche des Mikrospiegelarrays auftreffendes Licht aus
dem Hauptstrahlengang herausreflektieren, so dass dieses für
die weitere Beobachtung (oder Beleuchtung) nicht mehr zur Verfügung
steht. Auf diese Weise kann auf die Helligkeit Einfluss genommen werden.
Schließlich kann durch geeignete Orientierung der Mikrospiegel
eine Strahlformung (Geometrieeinstellung) erfolgen.
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Es
sei in diesem Zusammenhang bemerkt, dass sämtliche hier
besprochenen und noch zu besprechenden Ausgestaltungen des Zoomsystems des
optischen Abbildungssystems, innerhalb dessen ein Umlenkelement
vorhanden ist, in völlig analoger Weise auch für
ein Beleuchtungszoomsystems des Beleuchtungssystems gelten und sich
auf dieses übertragen lassen.
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Es
ist weiterhin von Vorteil, wenn mehrere (zumindest zwei) SLM-Optiken
im Zoomsystem des optischen Abbildungssystems vorhanden sind, von denen
zumindest zwei als Umlenkelemente eingesetzt sind. Hierdurch lassen
sich die Komponenten des Zoomsystems des optischen Abbildungssystems beispielsweise
auf zwei (horizontale) Ebenen verteilen.
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Zusätzlich
zu den bereits besprochenen Vorteilen des ”liegenden Zoomsystems” ergeben
die genannten Ausgestaltungen folgende weitere Vorteile: Bei den
bisherigen Zoomsystemen war es wegen der geforderten geringen Bauhöhe
immer besonders schwierig, die optimale Bildkorrektur zu realisieren. Je
kürzer ein Zoomsystem gebaut wird, desto schwieriger ist
es die Bildfehler zu korrigieren; das optische System ist dann ”angespannt”.
Dies trifft wegen der geforderten geringen Tiefenausdehnung auch
für (einteilige) ”liegende Zoomsysteme” zu.
Bisher bekannte Zoomsysteme mit SLM-Optik können zwar den
Einsatz beweglicher Linsenbauglieder vermeiden, sind aber aufgrund
ihrer geringen axialen Ausdehnung ebenfalls ”angespannt”,
d. h. in Bezug auf Bildfehlerkorrekturen schwer beherrschbar.
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Die
besonders vorteilhaften, oben geschilderten Möglichkeiten
der Verteilung der Komponenten des Zoomsystems des optischen Abbildungssystems
auf mehr als nur eine (horizontale) Ebene ermöglicht, das
Zoomsystem lang zu bauen, d. h. zu ”entspannen”,
und somit Bildfehler optimal zu korrigieren.
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Die
als Umlenkelement fungierende SLM-Optik des Zoomsystems gemäß dieser
Ausgestaltung kann bei entsprechender räumlicher Gestaltung
beide Zoomkanäle bedienen. Alternativ verfügt jedes
der beiden Zoomsysteme eines Stereomikroskops über eine
als Umlenkelement fungierende SLM-Optik. In der Anwendung auf Stereomikroskope sollte
zur Vermeidung einer vergrößerungsabhängigen
Stereopsis immer ein Zoomsystem pro Kanal des Stereomikroskops vorhanden
sein.
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In
der eben beschriebenen besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist
es prinzipiell auch denkbar, dass nicht die im Zoomsystem vorhandene SLM-Optik
die Funktion des Umlenkelements übernimmt, sondern dass
ein klassischer Spiegel oder ein Prisma diese Funktion ausübt.
Werden hingegen Hohlspiegel oder Prismen mit gekrümmter
Fläche oder ähnliche Brechkraft beinhaltende Umlenkelemente
verwendet, kann gleichzeitig eine fokussierende Wirkung erzielt
werden. Gleiches gilt für die bereits genannten Mikrospiegelarrays
(SLM-Optik), mit denen darüber hinaus eine zeitabhängige
oder vergrößerungsabhängige Brechkraft
erreicht werden kann.
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Wiederum
sei darauf hingewiesen, dass die geschilderten Ausgestaltungen des ”liegenden” Zoomsystems,
insbesondere auch in Zusammenhang mit dem ”entspannten” Zoomsystem,
sich in analoger Weise auf ein Beleuchtungszoomsystem des Beleuchtungssystems übertragen
lassen. Um Wiederholungen zu vermeiden, werden die entsprechenden
Ausgestaltungen eines Beleuchtungszoomsystems hier nicht im Einzelnen
aufgeführt, da der Fachmann die besprochenen Ausgestaltungen
des Zoomsystems des optischen Abbildungssystems auf ein Beleuchtungszoomsystem übertragen
kann.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung besteht
darin, dass aufgrund der im optischen Abbildungssystem eingesetzten
SLM-Optiken ein verzögerungsfreies Umschalten zwischen verschiedenen
Betriebszuständen des optischen Abbildungssystems möglich
ist. Als Beispiel hierfür sei eine Situation bei einem
ophthalmologischen Operationsmikroskop angeführt. Wenn
der Operateur z. B. zuerst eine Katarakt- und dann direkt anschließend eine
Netzhautoperation durchführt, benötigt er für
jedes dieser beiden Operationsverfahren verschiedene, definierte
und konstante Vergrößerungen und entsprechende
verschiedene, definierte Beleuchtungen des Objektfelds. Durch entsprechende
elektronische Ansteuerung der SLM-Optik des Zoomsystems lässt
sich die gewünschte definierte Vergrößerung (automatisch)
einstellen. Gleiches gilt analog für die Beleuchtung, indem
die SLM-Optik des Beleuchtungssystems angesteuert wird. Der Wechsel
von einem Operationsverfahren zum nächsten Operationsverfahren
ist beispielsweise halbautomatisch (Druckknopfbetätigung,
akustisches Signal o. ä.) möglich, wobei eine
Steuereinheit daraufhin die entsprechenden Parameter für
die SLM-Optiken einstellt. Auf diese Weise kann Vergrößerung
und Beleuchtung synchron und verzögerungsfrei passend für
das jeweilige Operationsverfahren eingestellt werden.
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Es
sei darauf hingewiesen, dass die verschiedenen Merkmale der geschilderten
Erfindung und ihrer Ausgestaltungen nicht nur in der hier dargestellten
Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung
eingesetzt werden können, ohne den Rahmen der vorliegenden
Erfindung zu verlassen.
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Die
Erfindung und ihre Vorteile sollen im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen,
die in der Zeichnung dargestellt sind, näher erläutert
werden.
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1 zeigt
schematisch ein bekanntes optisches Abbildungssystem mit einem Stereomikroskop im
Längsschnitt,
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2 zeigt
schematisch ein Zoomsystem (oder Beleuchtungszoomsystem) mit SLM-Optik,
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3 zeigt
schematisch ein Zoomsystem mit SLM-Optik in einer weiteren Ausführungsform;
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4 zeigt
wiederum schematisch ein Zoomsystem mit SLM-Optik in einer weiteren
Ausgestaltung.
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1 zeigt
sehr schematisch ein optisches Abbildungssystem, wie es beispielsweise
aus dem Stand der Technik (vergleiche W. H. Lang, F. Muchel: "ZEISS
Microscopes for Microsurgery" Berlin 1981, S. 6)
bekannt ist, wobei ein Längsschnitt durch ein Stereomikroskop 1 mit
einem Beleuchtungssystem 20 dargestellt ist. Das optische
Abbildungssystem oder hier Stereomikroskopsystem ist übergreifend mit 10 be zeichnet.
Da ein System gemäß 1 an sich
bekannt ist, soll im Folgenden lediglich ein grober Überblick
gegeben werden. Details zum Aufbau und zu den Funktionen finden
sich in dem in der Beschreibungseinleitung genannten Stand der Technik. Das
Stereomikroskopsystem 10 umfasst ein Stereomikroskop 1 und
ein Beleuchtungssystem 20. Das Stereomikroskop 1 umfasst
im Wesentlichen ein Hauptobjektiv 3, ein Zoomsystem 30 zur
(stufenlosen) Einstellung einer veränderlichen Vergrößerung der
Abbildung, eine Tubuslinse 6 sowie ein Okular 5. Dargestellt
ist lediglich ein Beobachtungskanal des Stereomikroskops 1.
Beide Beobachtungskanäle eines Stereomikroskops 1 enthalten
jeweils ein Zoomsystem 30, wobei die Zoomsysteme 30 synchron
die Vergrößerung verändern. Beim Zoomsystem 30 handelt
es sich üblicherweise um ein afokales Zoomsystem, d. h.
vor und hinter dem Vergrößerungssystem ist eine
Abbildung nach unendlich. Der ebenfalls zweikanalige Binokulartubus
ist mit 4 bezeichnet. Der dargestellt Aufbau eines Stereomikroskops 1 erlaubt die
Abbildung eines in der Objektebene 2 befindlichen Objektes
stark vergrößert auf die Netzhaut eines durch
den Binokulartubus 4 blickenden Beobachters. Anstelle des
oder zusätzlich zum Binokulartubus 4 kann auch
eine Dokumentationseinheit (Kamera) zugeschaltet sein.
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Zur
Beleuchtung eines in der Objektebene 2 befindlichen Objektes
ist ein Beleuchtungssystem 20 vorgesehen, wobei sich bei
dem in 1 dargestellten Beleuchtungssystem 20 um
ein solches mit Faserbeleuchtung handelt. Alternativ kann selbstverständlich
eine Beleuchtungslampe mit Beleuchtungsoptik vorgesehen sein. Der
Lichtleiter 21 des Beleuchtungssystems 20 strahlt
Licht in eine Beleuchtungsoptik 22. Der entstehende Beleuchtungsstrahlengang
wird über ein Umlenkelement 23 (Prisma) durch
das Hauptobjektiv 3 des Stereo mikroskops 1 auf
die Objektebene 2 gelenkt. Beleuchtungsoptik 22 und
Hauptobjektiv 3 fokussieren somit den Beleuchtungsstrahlengang
auf die Objektebene 2 und legen somit Geometrie und Helligkeit
des Leuchtfeldes (Beleuchtungsfeldes) fest. Die Beleuchtungsoptik 22 kann
ein Beleuchtungszoomsystem umfassen, wodurch Helligkeit und Größe
des Leuchtfeldes gesteuert werden können. Ein solches Beleuchtungszoomsystem
ist prinzipiell in gleicher Weise aufgebaut wie das Zoomsystem 30 des
Stereomikroskopsystems 10, genauer des Stereomikroskops 1.
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Das
Zoomsystem 30 weist eine feststehende Linsenbaugruppe 31 sowie
zwei entlang der Achse 8 verschiebbare Linsenbaugruppen 32 und 33 auf.
Es sind auch Zoomsysteme 30 bekannt, bei denen darüber
hinaus eine weitere feststehende Linsenbaugruppe 34 vorhanden
ist. Durch relative Verschiebung der verschiebbaren Linsenbaugruppen 32 und 33 gegeneinander
entlang der Achse 8 kann ein großer Vergrößerungsbereich
stufenlos durchfahren werden. Wie bereits erwähnt, muss
die Verschiebung der Linsenbaugruppen 32 und 33 hochpräzise
in definierter Weise erfolgen. Hierzu sind hochpräzise
Mechaniken, Getriebe und Antriebe notwendig. Schließlich
kann auch ein bestimmtes Mindestvolumen des Zoomsystems 30 nicht
unterschritten werden, so dass bekannte Stereomikroskope 1 der
in 1 dargestellten Art häufig große
Ausdehnungen in vertikaler Richtung besitzen. Dies ist insbesondere
beim Einsatz des Stereomikroskops 1 als Operationsmikroskop
nachteilig.
-
2 zeigt
sehr schematisch ein Zoomsystem 30 mit SLM-Optik (40).
Dargestellt ist ein Zoomsystem 30 mit zwei feststehenden
Linsenbaugruppen 31 und 34 (vergleiche auch 1)
sowie eine SLM-Optik 40. Die lediglich schematisch dargestellte SLM-Optik 40 kann
zusätzlich ein oder mehrere Linsenbaugruppen aufweisen.
Die derart definierte SLM-Optik 40 kann entlang der Achse 8 verschiebbar sein.
Es sind folgende (nicht dargestellte) Alternativen möglich:
Es lässt sich ein Zoomsystem 30 realisieren, bei
dem beide feststehenden Linsenbaugruppen 31 und 34 jeweils
eine SLM-Optik aufweisen. Weitere Zoomglieder können dann
entfallen. Es ist auch möglich, dass die beiden Linsenbaugruppen 31 und 34 durch
SLM-Optiken, wie EAP-Linsen, ersetzt werden. Es ist eine weitere
Lösung möglich, bei der eine der beiden feststehenden
Linsenbaugruppen 31, 34 eine SLM-Optik aufweist,
wobei zusätzlich eine entlang der Achse 8 verschiebbare
Linsenbaugruppe vorgesehen ist. Sollte die Verschiebung einer oder
mehrerer Linsenbaugruppen notwendig sein, so ist selbstverständlich
wieder eine hochpräzise Führung entlang der Achse 8 in
Abstimmung mit der Ansteuerung der SLM-Optik notwendig. Daher soll
im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Zoomsystem 30 bevorzugt
sein, bei dem keine verschiebbaren Linsenbaugruppen vorhanden sind.
-
Die
schematisch dargestellte SLM-Optik 40 (gemäß obiger
Definition) wird mittels einer Steuereinheit 50 elektronisch
angesteuert. Der bis hierher beschriebene Aufbau eines Zoomsystems 30 mit Steuereinheit 50 ist
prinzipiell auch für ein Beleuchtungszoomsystem 24 in
einem Beleuchtungssystem 20 (vergleiche 1)
geeignet. Daher kann und soll eine eigene Beschreibung eines Beleuchtungszoomsystems 24 entfallen.
Die feststehenden Linsengruppen des Beleuchtungszoomsystems 24 sind
mit 25 und 26 bezeichnet. Die SLM-Optik ist mit 40' und
die zugehörige Steuereinheit mit 50' bezeichnet.
-
In 2 ist
darüber hinaus eine Steuereinheit 60 dargestellt,
die zur Kopplung des Zoomsystems 30 des optischen Abbildungssystems 10 mit dem
Beleuchtungssystem 20, insbesondere mit einem Beleuchtungszoomsystem 24 eines
solchen Beleuchtungssystems 20 (vergleiche 1)
eingesetzt werden kann. Hierzu ist die Steuereinheit 60 zum
einen mit der Steuereinheit 50 für die SLM-Optik 40 des
Zoomsystems 30 und zum anderen mit einer weiteren Steuereinheit 50' für
die SLM-Optik 40' des Beleuchtungssystems 20 verbunden.
Hierzu schließen sich gedanklich die entsprechenden Elemente 50', 40', 25 und 26 des
Beleuchtungszoomsystems 24 spiegelbildlich (am Element 60 in 2 nach
unten gespiegelt) an die Steuereinheit 60 an.
-
Zur
Einstellung der Brennweite innerhalb des Beleuchtungssystems 20 weist
die Beleuchtungsoptik 22 des Beleuchtungssystems 20 (vergleiche 1)
allgemein eine SLM-Optik auf. Hierbei handelt es sich sinnvollerweise
um eine SLM-Optik mit fokussierenden Eigenschaften. Dazu können,
wie bereits in der Beschreibung ausgeführt, beispielsweise
Mikrospiegelarrays oder Flüssigkristalllinsen oder auch EAP-Linsen
verwendet werden. Im Falle des Einsatzes eines Mikrospiegelarrays
kann dieses auch die Funktion des Umlenkelements 23 (vergleiche 1) übernehmen.
Es ist auch denkbar, die genannten SLM-Optiken zu kombinieren, also
beispielsweise eine Flüssigkristalllinse in der Beleuchtungsoptik 22 und
zusätzlich ein Mikrospiegelarray als Umlenkelement 23 vorzusehen,
um gleiche Funktionen zu verstärken und/oder verschiedene
Funktionen miteinander zu ergänzen. So könnte
beispielsweise die Hauptaufgabe einer Flüssigkristalllinse
in der Beleuchtungsoptik 22 darin liegen, die Brennweite
einzustellen, während die Hauptaufgabe eines Mikrospiegelarrays
als Umlenkelement 23 darin liegen könnte, die
Geometrie des Leuchtfeldes zu variieren. Darüber hinaus
könnte das Mikrospiegelarray aber auch den Dynamikbereich
der Fokuseinstellung innerhalb des Beleuchtungssystems 20 erhöhen.
Verfügt das Beleuchtungssystem 20 über
ein Beleuchtungszoomsystem 24 (vergleiche 2)
gelten dieselben Überlegungen.
-
Die
Steuereinheit 60 (vergleiche 2) kann das
Zoomsystem 30 und das in gleicher Weise aufgebaute Beleuchtungszoomsystem 24 oder
allgemeiner die SLM-Optik im Beleuchtungssystem 20 miteinander
koppeln. Hierdurch ergibt sich insbesondere die Möglichkeit,
ohne verschiebbare optische Elemente den Leuchtfelddurchmesser in
der Objektebene 2 auf elektronische Art zu verstellen.
Diese Verstellung kann durch die Stellung des Vergrößerungswertes
des Zoomsystems 30 gesteuert werden, wobei letzterer Parameter
wiederum mit einem Wert korreliert ist, der sich aus der Ansteuerung
der SLM-Optik 40 mittels der Steuereinheit 50 ergibt.
Die Steuereinheit 50 kann somit den entsprechenden Wert
an die Steuereinheit 60 geben, die in Abhängigkeit
hiervon die Steuereinheit 50' für die SLM-Optik 40' des
Beleuchtungssystems 20 ansteuert. Auf diese Weise kann
das von dem Beleuchtungssystem 20 generierte Beleuchtungsfeld
(Leuchtfeld) an das sich abhängig von der Zoomeinstellung ändernde
Beobachtungsfeld angepasst werden.
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Eine
andere praktische Ausgestaltung ist die bereits besprochene Umschaltung
zwischen verschiedenen Betriebszuständen, die insbesondere beim
Einsatz des Stereomikroskops 1 (vergleiche 1)
als Operationsmikroskop vorteilhaft ist. Der Einsatz der SLM-Optiken
erlaubt die Umschaltung zwischen zwei unterschiedlichen Fokuslängen,
das heisst beim Zoomsystem 30 zwischen zwei unterschiedlichen
Vergrö ßerungen bzw. beim Beleuchtungssystem 20 zwischen
zwei unterschiedlichen Brennweiten innerhalb des Beleuchtungssystems 20, ohne
Durchlaufen der Zwischenbrennweiten. Auf diese Weise kann beispielsweise
zwischen verschiedenen Modi umgeschaltet werden, bei denen jeweils das
Leuchtfeld an das von der jeweiligen Zoomeinstellung abhängige
Beobachtungsfeld optimal angepasst ist. Insbesondere ist auch schneller
Wechsel zwischen solchen Modi möglich. Beim Einsatz des Stereomikroskops 1 als
ophthalmologisches Operationsmikroskop ist beispielsweise die bereits
besprochene Umschaltung von einem für eine Kataraktoperation
geeignetem Betriebszustand zu einem für eine anschließende
Netzhautoperation geeignetem Betriebszustand auf einfache und zuverlässige
Weise möglich.
-
3 zeigt
eine Ausführungsform eines Zoomsystems 30 (vergleiche
hierzu 1 und die dortigen Ausführungen) mit
SLM-Optik in einer weiteren Ausführungsform. Das Hauptobjektiv 3 des
Stereomikroskops 1 aus 1 ist in 3 ebenfalls
dargestellt. Das Zoomsystem 30 ist hier aus drei Linsenbaugruppen 31, 32 und 33 aufgebaut,
wobei die Linsenbaugruppen 32 und 33 jeweils einzeln
oder auch gemeinsam miteinander verschiebbar entlang der Achsen 8 bzw. 9 gelagert
sein können. Der beim normalen Betrieb des Stereomikroskops 1 aus 1 im wesentlichen
vertikal verlaufende Beobachtungsstrahlengang entlang der Achse 8 wird
mittels einer reflektiven SLM-Optik in eine horizontale Ebene gelenkt.
In der Ansicht gemäß 3 ist wiederum
nur ein Kanal des Stereomikroskops dargestellt, der zweite Kanal
befindet sich hinter den dargestellten Elementen des Zoomsystems 30,
so dass die Achse 9 zusammen mit der entsprechenden (nicht
dargestellten) dahinter liegenden zweiten Achse eine (horizontale)
Ebene aufspannt. Als reflekti ve SLM-Optik ist ein reflektives Mikrodisplay 41 oder
ein Mikrospiegelarray 42 geeignet, wobei letzteres zusätzlich
die bereits erwähnten fokussierenden Eigenschaften besitzt.
Im Falle der Verwendung eines reflektiven Mikrodisplays 41 ohne
fokussierende Eigenschaften ist eine weitere SLM-Optik im Zoomsystem 30 zur
Einstellung einer veränderlichen Vergrößerung
der Abbildung notwendig. Hierzu sei auf die Erläuterungen in
Zusammenhang mit 2 verwiesen.
-
Mit
der in
3 dargestellten Anordnung gelingt die Realisierung
eines ”liegenden” und zugleich ”entspannten” Zoomsystems
30.
Teile des Zoomsystems (Linsenbaugruppen
31,
32)
sind ”liegend” angeordnet, wobei gleichzeitig
mittels der reflektiven SLM-Optik eine ”Entspannung” des
Zoomsystems gelingt. Bezüglich ”liegender” Zoomsysteme
sei nochmals auf die bereits eingangs erwähnten Druckschriften
der Anmelderin (
US
7,057,807 B2 ;
EP
1 424 581 B1 ;
EP
1 460 466 B1 ) verwiesen. Das in
3 dargestellte
Zoomsystem kann mit Vorteil in die in den erwähnten Schriften
dargestellten Mikroskopsystemen eingebaut werden. Zur Vermeidung
von Wiederholungen wird explizit auf die genannten Druckschriften
und die dortigen Figuren verwiesen.
-
Die
Möglichkeit der Verteilung der Komponenten des Zoomsystems 30 auf
mehr als nur eine Achse oder Ebene, wie in 3 dargestellt
(die Achsen 8 und 9 bzw. die entsprechenden Ebenen),
ermöglicht es, das Zoomsystem 30 lang zu bauen
und somit Bildfehler optimal zu korrigieren (”entspanntes” Zoomsystem).
-
Wie
bereits in Bezug auf 2 erläutert, kann das
in 3 dargestellte Zoomsystem auch ein Beleuchtungszoomsytem 24 des
Beleuchtungssystems 20 darstellen. Das Beleuch tungszoomsytem 24 weist
hierzu eine feststehende Linsenbaugruppe 25 und zwei weitere
(optional verschiebbare) Linsenbaugruppen 27 und 28 auf.
Alle anderen Ausführungen in Bezug auf 3 gelten
völlig analog für ein derartiges Beleuchtungszoomsystem 24.
Es sei noch darauf hingewiesen, dass der Beleuchtungsstrahlengang
entweder über das Hauptobjektiv 3 des Stereomikroskops 1 geführt
werden kann, dass aber alternativ hierzu der Beleuchtungsstrahlengang
vollständig außerhalb des Hauptobjektivs 3 in
Richtung Objektebene 2 (vgl. 1) geführt
werden kann.
-
Mittels
weiterer Umlenkelemente (klassisch oder SLM-Optik) kann der in 3 dargestellte
Beobachtungsstrahlengang (Achse 9) in weitere horizontale
Ebenen gelenkt werden. Es ist aber auch möglich, innerhalb
des Zoomsystems 30 weitere Umlenkelemente (klassisch oder
SLM-Optik) anzuordnen, um weitere Umlenkungen in vertikaler und/oder
horizontaler Richtung zu bewirken.
-
Werden
die Zoomglieder eines Zoomsystems auf diese Weise verteilt, darf
das System lang bauen, ohne angespannt zu werden. Die genaue Verteilung
der Zoomglieder wird hinsichtlich einer Optimierung der Bildkorrektur
vorgenommen.
-
Die
genannten Umlenkelemente (klassisch oder SLM-Optik) können
jeden einzelnen optischen Kanal des Stereomikroskops 1 bedienen
oder aber, insbesondere um die Justierung einfacher zu gestalten,
mehrere Kanäle gleichzeitig. Wie schon beschrieben, handelt
es sich immer um mindestens zwei Kanäle, um den beschriebenen
Nachteil der vergrößerungsabhängigen
Stereopsis zu vermeiden.
-
Es
sei nochmals darauf hingewiesen, dass die Ausführungen
im Zusammenhang mit einem ”entspannten” Zoomsystem
in völlig analoger Weise für das Beleuchtungszoomsystem 24 des
Beleuchtungssystems 20 gelten.
-
4 illustriert
schematisch die bereits angesprochene Möglichkeit der Verteilung
von Linsenbaugruppen eines Zoomsystems (auch wieder Beleuchtungszoomsystems)
auf zwei horizontale Ebenen eines im Gebrauch befindlichen Stereomikroskops 1.
Im Folgenden sei der Einfachheit halber nur der Fall des Zoomsystems 30 behandelt.
Ausgehend vom Hauptobjektiv 3 des Stereomikroskops 1 wird die
Achse 8 des Beobachtungsstrahlengangs mittels eines ersten
Umlenkelements 13 in eine erste horizontale Ebene I gelenkt.
Das Zoomsystem 30 ist auf zwei horizontale Ebenen I und
II verteilt, wozu Umlenkelemente 35 und 36 dienen.
Linsenbaugruppen des Zoomsystems 30 sind in 4 mit 37 und 38 bezeichnet.
Es sind bei der in 4 dargestellten Anordnung verschiedene
Ausführungsformen möglich: Die Linsenbaugruppe 37 kann
der Linsenbaugruppe 34 aus 1 entsprechen,
während das als Mikrospiegelarray ausgebildete Umlenkelement 35 mit
seinen fokussierenden Eigenschaften die Funktion der Linsenbaugruppe 33 aus 1 übernehmen
kann. Entsprechend übernimmt das als Mikrospiegelarray ausgebildete
Umlenkelement 36 die Funktion der Linsenbaugruppe 32 gemäß 1.
In diesem Fall stellt die Linsenbaugruppe 38 die feststehende
Linsenbaugruppe 31 gemäß 1 dar.
Das in 4 dargestellte Zoomsystem 30 enthält
somit keine verschiebbaren Elemente, wodurch die bereits genannten
Vorteile erzielbar sind.
-
In
einer anderen Ausführungsform kann es sich bei einem der
Umlenkelemente 35 oder 36 um ein klassisches Umlenkelement (Prisma,
Spiegel) handeln. In einem solchen Fall kann es notwendig sein,
verschiebbare Linsengruppen vorzusehen. Die Linsenbaugruppen 37 oder 38 wären
dann als Kombination einer feststehenden Linsenbaugruppe mit einer
verschiebbaren Linsenbaugruppe aufzufassen. Schließlich
ist in diesem Zusammenhang auch eine Anordnung denkbar, bei der
eine Linsenbaugruppe in vertikaler Richtung (Achse 11)
zwischen den Umlenkelementen 35 und 36 angeordnet
wird. Schließlich kann es sich bei den Linsenbaugruppen 37, 38 auch
um Kombinationen von Linsenbaugruppen und SLM-Optiken oder um reine
SLM-Optiken handeln (vergleiche 2). Lediglich
aus Gründen der Einfachheit sei auf gesonderte Darstellungen
sämtlicher Ausführungsformen hier verzichtet.
-
Die
geschilderten Ausführungsformen gemäß 3 und 4 realisieren ”liegende” Zoomsysteme
mit der Möglichkeit der optimalen Bildfehlerkorrektur.
Stereomikroskope mit derartigen Zoomsystemen 30 bauen zum
einen niedriger als entsprechende klassische Stereomikroskope 1 (vergleiche 1),
sind aber gleichzeitig auch gegenüber bisherigen ”liegenden” Zoomsystemen
in ihrer Tiefenausdehnung vermindert, da nicht alle Zoomkomponenten
in einer horizontalen Ebene (I oder II) angeordnet sind. Derartige
Stereomikroskope sind folglich optimal für den Einsatz
als Operationsmikroskope geeignet.
-
- 1
- Mikroskop,
Stereomikroskop
- 2
- Objektebene
- 3
- Hauptobjektiv
- 4
- Binokulartubus
- 5
- Okular
- 6
- Tubuslinse
- 7
- Umlenkelement
- 8
- Achse
- 9
- Achse
- 10
- optisches
Abbildungssystem, Stereomikroskopsystem
- 11
- Achse
- 12
- Achse
- 13
- Umlenkelement
- 20
- Beleuchtungssystem
- 21
- Lichtleiter
- 22
- Beleuchtungsoptik
- 23
- Umlenkelement
- 24
- Beleuchtungszoomsystem
- 25
- feststehende
Linsenbaugruppe
- 26
- feststehende
Linsenbaugruppe
- 27
- Linsenbaugruppe
- 28
- Linsenbaugruppe
- 30
- Zoomsystem
- 31
- feststehende
Linsenbaugruppe
- 32,
33
- verschiebbare
Linsenbaugruppe
- 34
- feststehende
Linsenbaugruppe
- 35,
36
- Umlenkelement
- 37,
38
- Linsenbaugruppe
- 40,
40'
- SLM-Optik
- 41,
41'
- reflektives
Mikrodisplay
- 42,
42'
- Mikrospiegelarray
- 50,
50'
- Steuereinheit
für SLM-Optik
- 60
- Steuereinheit
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
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des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - US 6853494
B2 [0002]
- - DE 1293470 [0003]
- - EP 1431796 B1 [0003]
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- - US 7057807 B2 [0009, 0010, 0054]
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-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- - Lang, Muchel: ”ZEISS
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- - ”DLP Technologie – nicht nur für
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- - W. H. Lang, F. Muchel: ”ZEISS Microscopes for Microsurgery” Berlin
1981, S. 6 [0044]