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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Wellenfrontanalysesystem sowie
ein optisches System, welches ein Mikroskop sowie ein Wellenfrontanalysesystem
bereitstellt. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein
optisches System, bei welchem eine Baugruppe mit einer Objektivlinse
und einem Wellenfrontanalysesystem an ein Mikroskopchassis abnehmbar
gekoppelt werden kann, um sowohl einen Objektbereich optisch abbilden
zu können
als auch von dem Objektbereich ausgehende oder diesen durchsetzende
Wellenfronten zu untersuchen.
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Ein
Mikroskop kann zur lichtoptischen Untersuchung verschiedenster Objekt
eingesetzt werden. Insbesondere kommt häufig im Bereich der Augenchirurgie
während
verschiedener Augenoperationen ein Operationsmikroskop zur Anwendung.
Insbesondere bei einer Kataraktoperation ist die Bestimmung von
optischen Eigenschaften des Auges vor, während oder nach der Operation
von Interesse. Optische Eigenschaften des Auges können zum
Beispiel mit Hilfe eines Wellenfrontanalysesystems erfolgen.
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Es
hat sich gezeigt, dass herkömmliche
Mikroskope unzulängliche
Möglichkeiten
bereitstellen, eine Wellenfrontanalyse durchzuführen.
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein optisches System
bereitzustellen, welches sowohl optische Mikroskopie als auch Analyse
einer Wellenfront erlaubt.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist ein optisches System bereitgestellt,
welches ein Mikroskopchassis mit einer Kopplungsöffnung zum abnehmbaren Koppeln
einer Objektivlinse in einem Mikroskopiestrahlengang zum Abbilden
eines Objektbereichs und umfasst und weiterhin eine Baugruppe umfasst.
Dabei umfasst die Baugruppe ein Baugruppenchassis mit einem Kopplungselement
zum abnehmbaren Koppeln der Baugruppe an der Kopplungsöffnung des
Mikroskopchassis';
eine Objektivlinse; ein Wellenfrontanalysesystem, welches einen
Wellenfrontstrahlengang bereitstellt; und einen im Wellenfrontstrahlengang
angeordneten Strahlteiler. Dabei sind die Objektivlinse, der Strahlteiler
und das Wellenfrontanalysesystem derart angeordnet und sind das
Kopplungselement und die Kopplungsöffnung derart ausgebildet,
um während
einer Kopplung der Kopplungsöffnung
und des Kopplungselements die Objektivlinse in dem Mikroskopiestrahlengang
anzuordnen und den Objektbereich in dem Wellenfrontstrahlengang
anzuordnen.
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Sowohl
das Mikroskopchassis als auch das Baugruppenchassis kann als Gestell,
Gehäuse,
Rahmen oder einer Kombination derselben ausgebildet sein und kann
einstückig
gefertigt oder aus mehreren Bauteilen gefertigt sein, welche aneinander
befestigt sind, etwa unter Zuhilfenahme von lösbaren oder nicht lösbaren Befestigungsmitteln,
wie etwa Schrauben, Nieten bzw. Schweißnähten oder ähnliches. Das Mikroskopchassis
wie auch das Baugruppenchassis dienen jeweils dazu, eine Grundstruktur
bereitzustellen, an welcher weitere Komponenten, wie etwa Linsen
oder Spiegel, mechanisch getragen werden können.
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Das
Mikroskopchassis weist dabei in einem Bereich des Mikroskopiestrahlenganges
eine Kopplungsöffnung
auf, um daran eine Objektivlinse zu koppeln, welche in dem gekoppelten
Zustand in dem Mikroskopiestrahlengang angeordnet ist und somit angeordnet
ist, einen Objektbereich abzubilden. Die Kopplungsöffnung weist
dabei eine Struktur auf, welche bereichsweise komplementär einer
Struktur des Kopplungselements des Baugruppenchassis ist. Damit
können
die Kopplungsöffnung
und das Kopplungselement abnehmbar, d. h. wieder lösbar, miteinander
in Eingriff gebracht werden. Die Kopplungsöffnung und/oder das Kopplungselement
können
weiterhin ein Verschlusselement umfassen, um in einem gekoppelten
Zustand, d. h. während
einer Kopplung der Kopplungsöffnung
und des Kopplungselements, die Kopplung gegen unbeabsichtigtes Lösen zu sichern.
Die Kopplungsöffnung
kann dabei zum Beispiel ein Gewinde, wie etwa ein Innengewinde,
umfassen und das Kopplungselement kann ebenfalls ein Gewinde, wie
etwa ein Außengewinde,
umfassen. Die Kopplungsöffnung
kann eine solche Ausdehnung haben, um das Kopplungselement zumindest
teilweise in sich aufzunehmen. Beispielsweise kann das Kopplungselement
zumindest teilweise in die Kopplungsöffnung hineingeschoben oder
hineingedreht werden, bzw. über
eine Steck-Dreh-Bewegung mit der Kopplungsöffnung verbunden werden. Die
Kopplungsöffnung
und/oder das Kopplungselement können
dabei eine Raste umfassen.
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Anstatt
das Kopplungselement des Baugruppenchassis' direkt mit der Kopplungsöffnung zu
koppeln, kann die Kopplung der Kopplungsöffnung und des Kopplungselements über einen
dazwischengesetzten Adapter erfolgen, welcher einerseits zumindest
bereichsweise eine komplementäre
Struktur zu der Struktur der Kopplungsöffnung aufweist als auch zumindest
bereichsweise eine komplementäre
Struktur zu der des Kopplungselements aufweist. Der Adapter kann
dabei an die Kopplungsöffnung
und/oder an das Kopplungselement beispielsweise über einen Schraubverschluss
und/oder einen Bajonettverschluss gekoppelt werden.
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Das
Baugruppenchassis kann als ein Gehäuse, ein Gestell ein Rahmen,
eine mechanische Haltestruktur oder eine Kombination derselben ausgebildet
sein, um sowohl die Objektivlinse, das Wellenfrontanalysesystem
als auch den Strahlteiler zu haltern. An dem Baugruppenchassis können weitere Elemente
der Baugruppe befestigt sein. Über
ein Koppeln des Kopplungselements des Baugruppenchassis der Baugruppe
an die Kopplungsöffnung
des Mikroskopchassis' kann
somit die Baugruppe als Ganzes an das Mikroskopchassis gekoppelt
werden, sodass die in der Baugruppe umfasste Objektivlinse in dem
Mikroskopiestrahlengang zum Abbilden des Objektbereichs angeordnet
ist und sodass der Objektbereich in dem Wellenfrontstrahlengang
angeordnet ist. Damit ist es möglich,
durch Koppeln der Kopplungsöffnung
und des Kopplungselements die Baugruppe relativ zu dem Mikroskopchassis
derart anzuordnen, dass sowohl optische Mikroskopie des Objektbereichs
als auch eine Analyse einer Wellenfront durchzuführen, welche von dem Objektbereich
ausgeht oder diesen durchsetzt.
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Das
Objektiv kann eine Linse oder ein Linsensystem umfassen und besitzt
positive optische Brechkraft. Es kann dasjenige optische Element
des optischen Systems mit einer größten Querschnittsausdehnung
sein, sein Querschnittsdurchmesser kann zwischen 40 mm und 60 mm
betragen. Eine Brennweite des Objektivs kann zwischen 150 mm und
250 mm betragen.
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Ein
Wellenfrontanalysesystem ist ein optisches System zum Charakterisieren
einer Form einer Wellenfront. Insbesondere kann ein Wellenfrontanalysesystem
zum Vermessen von Aberrationen des menschlichen Auges unter Verwendung
eines Hartmann-Shack-Sensors verwendet werden. Ein Hartmann-Shack-Sensor umfasst
dabei insbesondere ein in einer Ebene angeordnetes Feld mit Mikrolinsen,
in deren gemeinsamer Brennebene ein ortsauflösender Lichtdetektor angeordnet
ist. Unter Verwendung eines solchen Hartmann-Shack-Sensors kann
eine Form einer Wellenfront, welche auf dem Feld von Mikrolinsen
auftrifft, durch Bestimmen von lokalen Neigungen der Wellenfront
in den Bereichen der einzelnen Mikrolinsen bestimmt werden. Zum
Vermessen der optischen Eigenschaften eines menschlichen Auges wird
ein möglichst
punktförmiger
Beleuchtungsfleck auf der Retina des menschlichen Auges erzeugt.
Von diesem punktförmigen
Beleuchtungsfleck geht eine nahezu sphärische Welle aus, durchsetzt den
Glaskörper,
die Linse und die Hornhaut, um aus dem menschlichen Auge auszutreten.
Die Form der Wellenfront wird bei Durchsetzen der verschiedenen optischen
Grenzflächen
des menschlichen Auges verändert,
was bei Vorhandensein von Fehlsichtigkeiten (sphärische Fehlsichtigkeit und/oder
astigmatische Fehlsichtigkeit) zu Abweichungen der austretenden
Wellenfront von einer ebenen Wellenfront führt. Diese Abweichungen von
einer ebenen Wellenfront können
durch lokale Abweichungen der Ausbreitungsrichtung von einer Ausbreitungsrichtung
einer ebenen Wellenfront repräsentiert
werden und somit mit einem Hartmann-Shack-Sensor vermessen werden.
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Das
Wellenfrontanalysesystem kann alternativ oder zusätzlich zu
dem oben erwähnten
Feld von Mikrolinsen andere optische Elemente, wie etwa ein Hologramm,
welches beispielsweise durch einen Computer errechnet wurde, oder
andere refraktive und/oder diffraktive Elemente umfassen, um eine Form
einer Wellenfront zu bestimmen.
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Der
Wellenfrontstrahlengang ist dabei durch die Anordnung von optischen
Komponenten des Wellenfrontanalysesystems und die Anordnung des Strahlteilers
zumindest innerhalb eines Raumbereichs, welcher durch die Baugruppe
umfasst ist, definierbar. Ein außerhalb des Raumbereichs der
Baugruppe liegender Teil des Wellenfrontstrahlenganges kann durch
eine Anordnung des Strahlteilers und eine Anordnung eines Eintritts-
bzw. Austrittsbereichs der Baugruppe, durch welchen Eintritts- bzw. Austrittsbereich
Licht in die Baugruppe eintreten bzw. austreten kann, definiert
werden. Weiterhin definieren optische Elemente, wie etwa Linsen, des
Wellenfrontanalysesystems einen Abstand eines Bereiches, von welchem
ausgehende Wellenfronten durch das Wellenfrontanalysesystem charakterisiert
werden können.
Insbesondere kann während
einer Kopplung der Kopplungsöffnung
und des Kopplungselements der Objektbereich auf das Feld von Mikrolinsen
abgebildet werden. Andererseits wird der Objektbereich entlang des
Mikroskopiestrahlenganges, welcher zumindest die Objektivlinse und
möglicherweise
weitere im Mikroskopchassis gehalterte Linsen, wie etwa ein Zoomsystem
und/oder ein Okular durchsetzt, nach Eintritt in ein Auge eines
Beobachters auf die Netzhaut des Beobachters abgebildet oder nach Auskoppeln über einen
halbdurchlässigen
Spiegel auf eine Kamera abgebildet.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung sind die Objektivlinse, die Strahlteiler
und das Wellenfrontanalysesystem an dem Baugruppenchassis gehaltert.
Damit ist es möglich,
eine genaue relative Positionierung dieser Elemente auf Dauer zu
gewährleisten.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung sind die Objektivlinse, der Strahlteiler
und das Wellenfrontanalysesystem jeweils in ihrer Lage relativ zueinander
justierbar. Damit ist es möglich,
eine Positionsjustage der Objektivlinse, des Strahlteilers und des
Wellenfrontanalysesystems vorzunehmen. Insbesondere kann vorgesehen sein,
weitere optische Elemente des Wellenfrontanalysesystems, wie etwa
Linsen, Spiegel und/oder eine Wellenfrontlichtquelle, in ihrer Position
justierbar zu gestalten. Somit können
sämtliche
optischen Elemente der Baugruppe in einem von dem Mikroskopchassis
entkoppelten Zustand mit einer erforderlichen Genauigkeit justiert
werden. Insbesondere können
Achsen eines Mikroskopiestrahlenganges, welcher u. a. durch eine
optische Achse der Objektivlinse gegeben ist, und eine Achse des Wellenfrontstrahlenganges,
welche durch optische Komponenten des Wellenfrontanalysesystems
gegeben ist, genau justiert werden. Auch kann ein Schnittpunkt beider
Achsen durch eine Positionierung des Strahlteilers justiert werden.
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Der
Strahlteiler muss nicht notwendigerweise während einer Kopplung der Kopplungsöffnung und
des Kopplungselements in dem Mikroskopiestrahlengang angeordnet
sein, sondern kann beispielsweise so klein sein, dass ein linker
und ein rechter Mikroskopiestrahlengang eines Stereomikroskops an
dem Strahlteiler vorbei durch die Objektivlinse tritt.
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Gemäß einer
Ausführungsform
ist der Strahlteiler derart gehaltert, dass er während der Kopplung der Kopplungsöffnung und
des Kopplungselements in dem Mikroskopiestrahlengang angeordnet
ist. Dies ermöglicht,
den Strahlteiler in einer solchen Größe vorzusehen, dass eine Ausdehnung
einer Projektion des Strahlteilers entlang einer optischen Achse
der Objektivlinse mindestens 50%, insbesondere mindestens 70%, weiter
insbesondere mindestens 90%, einer Ausdehnung der Objektivlinse
senkrecht zu der optischen Achse der Objektivlinse beträgt. Damit
kann eine Wellenfront einer relativ großen Querschnittsausdehnung
durch das Wellenfrontanalysesystem charakterisiert werden.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist eine Mehrzahl von Linsen, insbesondere
ein Okular und/oder ein Zoomsystem, an dem Mikroskopchassis in dem
Mikroskopiestrahlengang gehaltert. Damit ist es beispielsweise möglich, eine
Vergrößerung der
mikroskopischen Abbildung zu verändern
oder ein Bild des Objektbereichs auf der Netzhaut eines Beobachters
zu erzeugen. Weiterhin kann ein halbdurchlässiger Spiegel, eine Abbildungsoptik
und eine Kamera in dem Mikroskopiestrahlengang, insbesondere in
einem von zwei Stereomikroskopiestrahlengängen, angeordnet sein.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung weist das Wellenfrontanalysesystem eine
Wellenfrontlichtquelle zum Erzeugen von Wellenfrontmesslicht und
einen Wellenfrontlichtstrahlteiler zum Beleuchten des Objektbereichs
mit Wellenfrontmesslicht entlang des Wellenfrontstrahlenganges auf.
Dies ist während
einer Kopplung der Kopplungsöffnung
und des Kopplungselements gegeben. Das von der Wellenfrontlichtquelle
erzeugte Wellenfrontmesslicht wird dabei von dem Wellenfrontlichtstrahlteiler
reflektiert, wird von dem Strahlteiler in der Baugruppe reflektiert,
um durch einen Austrittsbereich die Baugruppe zu verlassen und ein
in dem Objektbereich angeordnetes Objekt zu erreichen. Das Objekt
kann beispielsweise ein menschliches Auge sein. Das das menschliche
Auge erreichende Wellenfrontmesslicht kann dabei durch im Wesentlichen
ebene Wellenfronten gebildet sein. Nach Durchtritt durch die menschliche
Hornhaut und die menschliche Linse werden die im Wesentlichen ebenen
Wellenfronten in im Wesentlichen sphärische konvergente Wellenfronten überführt, um
auf der Netzhaut des menschlichen Auges einen scharfen Beleuchtungsfleck
zu bilden. In Abhängigkeit
einer Fehlsichtigkeit des untersuchten Auges kann dieser Fleck insbesondere
kreisförmig
oder ellipsenförmig sein.
Von dem mit dem Wellenfrontmesslicht beleuchteten Fleck der Retina
des Auges geht aufgrund von diffuser Reflexion Wellenfrontmesslicht
einer im Wesentlichen sphärischen
Wellenfront aus, und durchsetzt. den Glaskörper, die menschliche Linse und
die menschliche Hornhaut, bevor das von der Retina reflektierte
Wellenfrontmesslicht nach Reflexion an dem in der Baugruppe angeordneten
Strahlteiler in das Wellenfrontanalysesystem eintritt. In Abhängigkeit
einer Fehlsichtigkeit des untersuchten Auges weist das von dem Auge
zurückkehrende
Wellenfrontmesslicht Wellenfronten auf, welche von ebenen Wellenfronten
abweichen. Diese Abweichungen können
durch das Wellenfrontanalysesystem bestimmt werden, um somit die
optischen Eigenschaften des untersuchten Auges zu erhalten.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst das Wellenfrontmesslicht Wellenlängen aus
dem nahinfraroten Wellenlängenbereich.
Wellenlängen
im nahinfraroten Wellenlängenbereich
umfassen dabei Wellenlängen
zwischen etwa 700 nm und etwa 1000 nm, insbesondere etwa 750 nm
bis 850 nm, weiter insbesondere etwa 800 nm. Dabei kann als Wellenfrontmesslichtquelle
beispielsweise ein Laser, eine Laserdiode oder eine Superlumineszenzdiode
(SLD) zur Anwendung kommen.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst der in der Baugruppe angeordnete
Strahlteiler einen dichroitischen Strahlteiler, welcher ausgebildet
ist, einen größeren Anteil
einer Intensität
des Wellenfrontmesslichts zu reflektieren als zu transmittieren.
Dazu kann der Strahlteiler ein Substrat umfassen, auf welchem dünne dielektrische
hoch- und niederbrechende Schichten aufgebracht sind, etwa durch
Bedampfen. Die Dicke und Anzahl der Schichten können dabei derart gewählt sein,
dass der Strahlteiler aufgrund von Interferenz Licht solcher Wellenlängen, welche
vornehmlich in dem Wellenfrontmesslicht umfasst sind, mit größerer Effektivität reflektiert
als transmittiert.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist der Strahlteiler ausgebildet, das Wellenfrontmesslicht
beim Reflektieren um einen Winkel von 50° bis 130°, insbesondere um 70° bis 110°, weiter
insbesondere von 80° bis
100°, insbesondere
um etwa 90° abzulenken
oder um einen Winkel von 70° bis
150°, insbesondere
von 90° bis 130°, weiter insbesondere
von 100° bis
120°, weiter insbesondere
um etwa 110°,
abzulenken.
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Dabei
kann ein kleinster zwischen einer reflektierenden Fläche des
Strahlteilers und einer optischen Achse der Objektivlinse eingeschlossener Winkel
(δ) 55° ± 5° oder 45° ± 5° betragen.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist der Strahlteiler ausgebildet, eine
größeren Anteil
einer Intensität
von andere Wellenlängen
als das Wellenfrontmesslicht umfassendem Mikroskopabbildungslicht
zum Abbilden des Objektbereichs zu transmittieren als zu reflektieren.
Damit ist es möglich,
ein höheres
Signal für
die mikroskopische Abbildung zu erhalten.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst die Objektivlinse eine Mehrzahl
von Teillinsen. Die Teillinsen können
dabei durch Halteelemente und/oder durch Kitt relativ zueinander
in einer festen Anordnung gehaltert sein.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung sind der Strahlteiler und die Objektivlinse
derart angeordnet, dass der Wellenfrontstrahlengang während der
Kopplung der Kopplungsöffnung
und des Kopplungselements keine Teillinse der Mehrzahl von Teillinsen
der Objektivlinse durchsetzt.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung kann in diesem Fall die Baugruppe eine
in den Wellenfrontstrahlengang zwischen dem Strahlteiler und dem
Objektbereich angeordnete, für das
Wellenfrontmesslicht und Mikroskopabbildungslicht im Wesentlichen
transparente Schutzplatte aufweisen. Damit kann das Innere des Bauteils
gegen Eindringen von Schmutz oder Staub abgeschlossen sein. Somit
sind die in dem Bauteil enthaltenen optischen Elemente zuverlässig gegen
eine ihre Funktion beeinträchtigende
Verschmutzung geschützt.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung schließt eine Flächennormale der Schutzplatte
mit einer optischen Achse der Objektivlinse einen Winkel von mindestens
2°, insbesondere einen
Winkel von mindestens 5°,
weitere insbesondere von mindestens 10°, weiter insbesondere von mindestens
15°, weitere
insbesondere von mindestens 20° ein.
Weiter kann die Flächennormale
der Schutzplatte mit der optischen Achse der Objektivlinse einen
Winkel von 15° ± 10°, insbesondere
von 15° ± 5°, weiter
insbesondere von 15° ± 3°, einschließen. Durch
eine derartige Neigung der Schutzplatte ist gewährleistet, dass an der Schutzplatte
auftretende Reflexionen von Wellenfrontmesslicht oder Mikroskopbeleuchtungslicht
keine störenden
Einflüsse
auf die optische Mikroskopie und die Wellenfrontanalyse haben.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung sind der Strahlteiler und die Objektivlinse
derart angeordnet, dass der Wellenfrontstrahlengang während der
Kopplung der Kopplungsöffnung
und des Kopplungselements mindestens eine Teillinse der Mehrzahl
von Teillinsen der Objektivlinse durchsetzt. In einem solchen Fall
ist die von dem Wellenfrontstrahlengang durchsetzte Teillinse der Objektivlinse
die dem Objektbereich am nächsten angeordnete
optische Komponente des Bauteils und somit auch des gesamten optischen
Systems. In diesem Fall ist eine Schutzplatte nicht erforderlich,
da das Bauteil bereits durch die von dem Wellenfrontstrahlengang
durchsetzte Teillinse der Objektivlinse verschlossen ist, um ein
Eindringen von Verschmutzungen oder Staub in das Bauteil zu unterbinden.
In diesem Fall kann der Strahlteiler zwischen einzelnen Teillinsen
der Objektivlinse angeordnet sein, wobei mindestens eine Teillinse
nahe dem Kopplungselement angeordnet ist und die von dem Wellenfrontstrahlengang
durchsetzte Teillinse in den Eintritts- bzw. Austrittsbereich des
Bauteils angeordnet sein kann.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung sind der Strahlteiler und die Objektivlinse
derart angeordnet, dass der Wellenfrontstrahlengang während der
Kopplung der Kopplungsöffnung
und des Kopplungselements alle Teillinsen der Mehrzahl von Teillinsen
der Objektivlinse durchsetzt. In diesem Fall können sämtliche Teillinsen der Objektivlinse
in dem Wellenfrontstrahlengang zwischen dem Strahlteiler und dem
Objektbereich angeordnet sein. Auch in diesem Fall ist eine Schutzplatte
zum Verschließen
des Bauteils nicht notwendig, da das Bauteil bereits durch sämtliche
Teillinsen der Objektivlinse in dem Eintritts- bzw. Austrittsbereich des Bauteils
verschlossen ist.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung weist das Wellenfrontanalysesystem ein
Wellenfrontlinsensystem und ein Feld von Mikrolinsen auf, um während der
Kopplung der Kopplungsöffnung
und des Kopplungselements den Objektbereich auf das Feld von Mikrolinsen
abzubilden. Das Wellenfrontlinsensystem kann dabei mindestens zwei
Linsen umfassen, welche in dem Wellenfrontstrahlengang zwischen
dem Strahlteiler und dem Feld von Mikrolinsen angeordnet sind. Insbesondere können die
zwei Linsen ein Kepplersystem bilden. Ein Kepplersystem ist ein
System aus zwei Linsen, welche in einem Abstand angeordnet sind,
welcher der Summe ihrer Brennweiten entspricht. Ein solches Kepplersystem überführt ein
Bündel
paralleler Lichtstrahlen in ein Bündel paralleler Lichtstrahlen.
Dabei kann eine Größe eines
Querschnitts des Lichtbündels
nach Durchtritt vergrößert oder
verkleinert sein. Damit ist es vorteilhaft möglich, einen Querschnitt des
von dem Objektbereich kommenden Wellenfrontmesslichts auf einen
Querschnitt anzupassen, welcher einer Größe des Feldes von Mikrolinsen
entspricht.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst die Kopplung der Kopplungsöffnung und
des Kopplungselements einen Bajonettverschluss und/oder einen Schraubverschluss. Dabei
können
die Kopplungsöffnung
und/oder das Kopplungselement ein Schraubgewinde, wie etwa ein Innengewinde
oder ein Außengewinde,
umfassen oder einander zumindest in Teilbereichen komplementäre Strukturen,
welche ein Ineinandergreifen oder ein Einrasten erlauben können. Weiterhin
können
die Kopplungsöffnung
und/oder das Kopplungselement ein Verschlusselement, wie etwa eine
Raste, einen durch eine Feder vorgespannten Stift oder ähnliches
umfassen. Damit ist eine schnelle und einfache Montage des Bauteils
an das Mikroskopchassis ermöglicht.
Insbesondere kann die Kopplung der Kopplungsöffnung und des Kopplungselements
mit einer reproduzierbaren relativen Anordnung der Kopplungsöffnung und
des Kopplungselements erfolgen, so dass eine Abweichung einer relativen
Sollpositionierung von weniger als 2 mm, insbesondere weniger als
1 mm, insbesondere weniger als 0,5 mm hinsichtlich einer Verschiebung,
und einer Abweichung von weniger als 3°, insbesondere weniger als 1° hinsichtlich
einer Verkippung einer optischen Achse des Mikroskopchassis und
einer optischen Achse der Objektivlinse erreichbar ist. Damit sind
nach Kopplung der Kopplungsöffnung
und des Kopplungselements keine weiteren Justierarbeiten erforderlich,
um sowohl optische Mikroskopie als auch Wellenfrontanalyse bei korrekter
Justierung der optischen Elemente durchführen zu können.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst das optische System, welches
sowohl ein optisches Mikroskop als auch ein Wellenfrontanalysesystem
bereitstellt, eine Wechselobjektivlinse mit einem Wechselkopplungselement zum
abnehmbaren Koppeln der Wechselobjektivlinse an der Kopplungsöffnung des
Mikroskopchassis, um bei von dem Mikroskopchassis abgenommener Baugruppe
während
einer Kopplung der Kopplungsöffnung
und des Wechselkopplungselements die Wechselobjektivlinse in dem
Mikroskopiestrahlengangs des Mikroskops anzuordnen und den Objektbereich
außerhalb
des Wellenfrontstrahlengangs anzuordnen. Damit kann durch Austauschen
der das Wellenfrontanalysesystem umfassenden Baugruppe die Wechselobjektivlinse über ein
Koppeln der Kopplungsöffnung
und des Wechselkopplungselements ein optisches System lediglich
für optische
Mikroskopie bereitgestellt werden. Aufgrund der Kopplung der Kopplungsöffnung und
des Wechselkopplungselements der oben beschriebenen hohen Genauigkeit einer
relativen Positionierung sind auch in diesem Betriebsmodus des optischen
Systems keine Justierarbeiten an den optischen Komponenten für eine einwandfreie
Funktionstüchtigkeit
erforderlich.
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Bei
zusätzlichem
Bedarf einer Wellenfrontmessung kann die Wechselobjektivlinse von
dem Mikroskopchassis abgenommen und das das Wellenfrontanalysesystem
umfassende Bauteil mit dem Mikroskopchassis gekoppelt werden, um
eine Untersuchung oder eine Operation fortzusetzen.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist eine Baugruppe für ein Mikroskop mit einem Mikroskopchassis
bereitgestellt, wobei die Baugruppe ein Baugruppenchassis mit einem Kopplungselement
zum abnehmbaren Koppeln der Baugruppe an einer Kopplungsöffnung des
Mikroskopchassis; eine Objektivlinse zum Abbilden eines Objektbereichs;
ein Wellenfrontanalysesystem, welches einen Wellenfrontstrahlengang
bereitstellt; und einem im Wellenfrontstrahlengang angeordneten Strahlteiler
umfasst, wobei die Objektivlinse, der Strahlteiler und das Wellenfrontanalysesystem
derart angeordnet sind, um den Objektbereich in dem Wellenfrontstrahlengang
anzuordnen. Der Objektbereich kann beispielsweise in einer Brennebene
der Objektivlinse angeordnet sein. Weiterhin kann der Objektbereich
angeordnet sein, um aus dem Objektbereich herrührende oder diesen durchsetzende
Wellenfronten mit Hilfe des Wellenfrontanalysesystems zu charakterisieren.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung beträgt
ein kleinster zwischen einer reflektierenden Fläche des Strahlteilers und einer optischen
Achse der Objektlinse eingeschlossener Winkel 65° ± 5° oder 55° ± 5° oder 45° ± 5°. Damit kann entlang des Wellenfrontstrahlenganges
ausbreitendes Wellenfrontmesslicht um 130° ± 10° bzw. 110° ± 10° bzw. 90° ± 10° abgelenkt werden.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst die Baugruppe eine erste Linsengruppe
und eine zweite Linsengruppe, welche beide in dem Wellenfrontstrahlengang
angeordnet sind. Die erste Linsengruppe und die zweite Linsengruppe
können
jeweils durch eine Mehrzahl von Teillinsen gebildet sein, welche
relativ zueinander in fester Positionierung gehaltert sind, sie
könnte
dabei beispielsweise als Kittglied ausgeführt sein.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst die Baugruppe weiterhin ein in
im Wellenfrontstrahlengang angeordnetes Feld von Mikrolinsen, wobei
die erste Linsengruppe und die zweite Linsengruppe ausgebildet und
angeordnet sind, den Objektbereich auf das Feld von Mikrolinsen abzubilden.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst die Baugruppe weiterhin mindestens
einen im Wellenfrontstrahlengang zwischen der ersten Linsengruppe und
der zweiten Linsengruppe angeordneten Spiegel. Dabei können mehr
als ein Spiegel, wie etwa. zwei Spiegel,
drei Spiegel oder vier Spiegel zwischen der ersten Linsengruppe
und der zweiten Linsengruppe in dem Wellenfrontstrahlengang angeordnet
sein. Durch den mindestens einen im Wellenfrontstrahlengang zwischen
der ersten Linsengruppe und der zweiten Linsengruppe angeordneten
Spiegel ist es möglich,
den Wellenfrontstrahlengang so innerhalb der Baugruppe zu falten,
dass die Baugruppe in kompakter Bauweise ausgeführt werden kann, um einen möglichst
geringen Raum einzunehmen. Damit kann die Baugruppe vorteilhaft
so klein dimensioniert werden, um beispielsweise an ein Operationsmikroskop
gekoppelt zu werden, ohne einen oft begrenzten Arbeitsraum wesentlich
zu verringern.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst die Baugruppe weiterhin eine
zwischen der zweiten Linsengruppe und dem Feld von Mikrolinsen angeordnete
dritte Linsengruppe.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist ein von Wellenfrontmesslicht entlang
des Wellenfrontstrahlenganges zurückgelegter optischer Weg zwischen
der zweiten Linsengruppe und der dritten Linsengruppe veränderbar.
Durch Veränderung
des optischen Weges zwischen der zweiten Linsengruppe und der dritten
Linsengruppe kann vom Objektbereich ausgehendes Wellenfrontmesslicht,
welches sphärische
Wellenfronten aufweist, in Messlicht mit im Wesentlichen ebenen
Wellenfronten überführt werden.
Damit ist durch Veränderung
des optischen Weges zwischen der zweiten Linsengruppe und der dritten
Linsengruppe eine Kompensation sphärischer Wellenfronten ermöglicht, was
ermöglicht,
beispielsweise stark sphärisch
fehlsichtige Augen zu untersuchen, ohne besonders hohe Anforderungen
an einen dynamischen Bereich des Feldes von Mikrolinsen zusammen
mit dem dahinter angeordneten Detektor zu stellen.
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Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung werden nun mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen
erläutert.
Dabei sind die beschriebenen Ausführungsformen nur beispielhaft
und begrenzen nicht den Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung.
In den Zeichnungen werden, soweit als möglich, Elemente ähnlich in
Struktur und/oder Funktion mit ähnlichen
Bezugszeichen bezeichnet. In den Figuren zeigt
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1A ein
optisches System gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung während
einer Untersuchung eines Auges;
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1B eine
Baugruppe des in 1A illustrierten optischen Systems
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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2A eine
Baugruppe eines optischen Systems gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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2B eine
Baugruppe eines optischen Systems gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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3 eine
Baugruppe eines optischen System gemäß einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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4A ein
optisches System gemäß einer weiteren
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung während
einer Untersuchung eines Auges;
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4B eine
Baugruppe des in 4A illustrierten optischen Systems
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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5A ein
optisches System gemäß noch einer
weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung während
einer Untersuchung eines Auges; und
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5B eine
Baugruppe des in 5A illustrierten optischen Systems
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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1A zeigt
in schematischer Darstellung ein optisches Systems 1 gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Das optische System 1 umfasst
ein Mikroskopchassis 2, in welchem eine Mehrzahl von optischen
Komponenten angeordnet ist, und ein Wellenfrontanalysemodul 3,
welches die Objektivlinse 4, den dichroitischen Strahlteiler 6 und
das Wellenfrontanalysesystem 8, sowie das diese Elemente
aufnehmende Baugruppenchassis 10 umfasst. Ein kleinster
zwischen einer reflektierenden Fläche 6 des Strahlteilers 6 und
einer optischen Achse 18 der Objektivlinse 4 eingeschlossener
Winkel δ beträgt etwa
45° ± 5°, insbesondere
etwa 45°,
und in anderen Ausführungsformen
55° ± 5°.
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1A zeigt
das optische System 1 in einem Betriebszustand, in welchem
das Wellenfrontanalysemodul 3 mit dem Mikroskopchassis 2 über ein
Koppeln eines Kopplungselements 12 des Wellenfrontanalysemoduls 3 mit
einer Kopplungsöffnung 14 des Mikroskopchassis 2 gekoppelt
ist. In der in 1A illustrierten Ausführungsform
ist die Kopplungsöffnung 14 als
kreisscheibenförmige
Aussparung in dem Mikroskopchassis 2 ausgebildet, welche
ein Innengewinde aufweist. Das Kopplungselement 12 ist
in der illustrierten Ausführungsform
als ein kreisförmiger Ring mit
einem Außengewinde
ausgebildet, welches mit dem Innengewinde der Kopplungsöffnung 14 verschraubt
ist. Innerhalb des ringförmigen
Kopplungselements 12 ist die Objektivlinse 4 derart
gehaltert, dass eine Justierung der Position der Objektivlinse 4 durch
nicht illustrierte Stellschrauben ermöglicht ist.
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Die
Objektivlinse 4 umfasst ein Kittglied aus zwei Teillinsen,
welche unmittelbar benachbart zueinander angeordnet sind. Die Objektivlinse 4 ist über die
Kopplung der Kopplungsöffnung 14 und
des Kopplungselements 12 derart angeordnet, dass eine optische
Achse 18 der Objektivlinse 4 kollinear mit einer
optischen Achse 16 des Mikroskopchassis verläuft, wobei
die optische Achse 16 des Mikroskopchassis zwischen Achsen 17 und 17' verläuft, welche durch
Zoomsystem 20 und Okular 22 bzw. durch Zoomsystem 20' und Okular 22' definiert sind.
Die Achsen 17, 17' definieren
einen linken und einen rechten Mikroskopiestrahlengang des Stereomikroskops.
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In
dem in 1A illustrierten gekoppelten Zustand
des Wellenfrontanalysemoduls 3 mit dem Mikroskopchassis 2 ist
der Objektbereich 24 in einer Brennebene 25 des
Objektivs 4 angeordnet. Von dem Punkt 26 in. dem
durch eine nicht illustrierte Beleuchtungslichtquelle beleuchteten
Objektbereich 24 gehen in zwei verschiedenen Richtungen,
welche einen Stereowinkel α einschließen, Lichtstrahlen 28 und 28' aus, welche
nach Durchtritt durch die Objektivlinse 4 außerhalb
der optischen Achse 18 der Objektivlinse in parallele Strahlen 28 und 28' überführt werden.
Die Lichtstrahlen 28 und 28' werden separat durch jeweils ein
Zoomsystem 20 bzw. 20' und jeweils durch ein Okular 22 bzw. 22' geführt, um
in ein linkes Auge 30 und ein rechtes Auge 30' eines Beobachters
einzutreten. Jeweils auf der Retina des linken Auges 30 und
des rechten Auges 30' entsteht
ein Bild des Punktes 26 in dem Objektbereich 24.
Da die Lichtstrahlen 28 und 28' in verschiedenen Richtungen von
dem Punkt 26 ausgehen, entsteht bei dem Beobachter insbesondere
ein stereoskopisches Bild des Objektbereichs 24.
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In
dem rechten Mikroskopiestrahlengang 28' ist innerhalb des Mikroskopchassis 2 weiterhin
optional ein halbtransparenter Spiegel 32 zwischen dem Zoomsystem 20' und dem Okular 22' angeordnet,
um einen Teil des Lichts 28' zu
reflektieren und nach Durchsetzen einer Abbildungsoptik 34 auf
den ortsauflösenden
Detektor 36 abzubilden. Dieser zusätzliche Abbildungsmechanismus
kann in anderen Ausführungsformen
fehlen oder anders ausgeführt
sein. Der Detektor 36 umfasst eine Vielzahl von Detektorsegmenten,
welche in einem zweidimensionalen Feld angeordnet sind. Der ortsauflösende Detektor 36 kann
zum Beispiel eine CMOS-Kamera
oder eine CCD-Kamera umfassen, welche ein Vielzahl von lichtempfindlichen
Pixeln umfasst. In Abhängigkeit von
einer Intensität
eines detektierten Lichts erzeugen die Pixel elektrische Signale,
welche über
eine Leitung 38 einem Prozessierungssystem 40 zugeführt werden.
Prozessierungssystem 40 ist ausgebildet, die elektrischen
Signale zu verarbeiten, um auf dem Monitor 42 ein den detektieren
Lichtintensitäten entsprechendes
Bild darzustellen. Alternativ oder zusätzlich kann ein Mikroskopiebild
des Objektbereichs 24 auf einer am Kopf tragbaren Anzeige (Head-Mounted-Display)
(nicht illustriert) angezeigt werden.
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In 1A wird
das optische System 1 zur Untersuchung eines menschlichen
Auges 44 verwendet, welches dazu in dem Objektbereich 24 in
der Brennebene 25 der Objektivlinse 4 angeordnet
ist. Das optische System 1 kann insbesondere zur Untersuchung
eines menschlichen Auges 44 vor, während oder nach einer Operation,
insbesondere einer Kataraktoperation, verwendet werden. Bei einer
solchen Operation ist es beispielsweise wünschenswert, optische Eigenschaften
des menschlichen Auges 44 insbesondere Fehlsichtigkeiten
wie etwa sphärische Fehlsichtigkeit
und/oder astigmatische Fehlsichtigkeit zu bestimmen und zu vermessen.
Dafür kann vorteilhaft
das Wellenfrontanalysemodul 3, welches durch Koppeln des
Kopplungselements 12 mit der Kopplungsöffnung 14 mit dem
Mikroskopchassis 2 verbunden wurde, verwendet werden.
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Dazu
umfasst das Wellenfrontanalysemodul 3 ein Baugruppenchassis 10,
in welchem der dichroitische Strahlteiler 6, und das Wellenfrontanalysesystem 8 angeordnet
und durch Halterungselemente 46 gehaltert sind, welche
durch nicht illustrierte Stellmechanismen, wie etwa Stellschrauben,
eine Justierung der jeweiligen Positionen der Elemente erlauben. Zum
Erzeugen von Wellenfrontmesslicht 48 umfasst das Wellenfrontanalysesystem 8 einen
Laser oder eine Superlumineszenzdiode (SLD) 50, welcher
bzw. welche Wellenfrontmesslicht 48 erzeugt, welches Wellenlängen in
einem Bereich von etwa 750 nm bis 850 nm umfasst. Insbesondere die
SLD kann dabei Wellenfrontmesslicht 48 mit einer spektralen
Halbwertsbreite von 50 nm erzeugen. Wellenfrontmesslicht 48 wird
durch eine nicht illustrierte Kollimatoroptik kollimiert, und an
dem Spiegel 52 reflektiert. Das von dem Spiegel 52 reflektierte
Wellenfrontmesslicht 48 wird an dem halbdurchlässigen Spiegel 54 reflektiert,
um entlang des Wellenfrontstrahlenganges 56 die Linse 58 zu
durchsetzen. Linse 58 überführt dabei das
Wellenfrontmesslicht 48 in im Wesentlichen parallele Wellenfronten.
Das Wellenfrontmesslicht 48 wird von dem dichroitischen
Spiegel 6, welcher mindestens 70% einer Intensität des Wellenfrontmesslichts 48 reflektiert,
von der Horizontalen um 90° in die
Vertikale abgelenkt, da der dichroitische Spiegel 6 mit
seiner Spiegelfläche 6' in einem Winkel
von 45° relativ
zu der Horizontalen angeordnet ist. Dabei verläuft der Wellenfrontstrahlengang
zwischen dem dichroitischen Spiegel 6 und der Linse 58 in
der Horizontalen.
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Der
dichroitische Spiegel 6 ist durch Justieren seiner Position
mittels Stellschrauben (nicht illustriert) und Haltern durch das
Halterungselement 46 an dem Baugruppenchassis 10 insbesondere
derart positioniert, dass der Strahlengang 56 des Wellenfrontmesslichts 48 stromabwärts des
dichroitischen Spiegels 6 (d. h. entlang einer Ausbreitungsrichtung des
von dem Laser oder der SLD 50 erzeugten Wellenfrontmesslichts 48 hinter
dem dichroitischen Spiegels 6) kollinear mit der optischen
Achse 18 der Objektivlinse 4 ausgerichtet ist.
Nach Reflexion des Wellenfrontmesslichts 48 bei dem dichroitischen
Spiegel 6 treten im Wesentlichen ebene Wellenfronten 48 in das
menschliche Auge 44 ein. Dabei durchsetzt das Wellenfrontmesslicht 48 die
Hornhaut des menschlichen Auges und die natürliche Linse 60, wodurch
das Wellenfrontmesslicht gebrochen wird, um stromabwärts der
natürlichen
Linse 60 konvergente im Wesentlichen sphärische Wellenfronten 62 zu
bilden. Die Wellenfronten 62 laufen auf der Retina 64 des menschlichen
Auges 44 in einem Bereich 66 zusammen, dessen
Größe und Form
von einer etwaigen Fehlsichtigkeit des menschlichen Auges 44 abhängt. Für ein nicht
fehlsichtiges Auge 44 wird in dem Bereich 66 ein
scharfer Punkt von Wellenfrontmesslicht gebildet.
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Von
dem Beleuchtungsbereich 66 gehen durch diffuse Reflexion
im Wesentlichen sphärische Wellenfronten 68 des
Wellenfrontmesslichts aus, um nach Durchsetzen der natürlichen
Linse 60 und der Hornhaut das Auge 44 als im Wesentlichen
ebene Wellenfronten des Wellenfrontmesslichts zu verlassen. Von
dem Auge 44 zurückkehrendes
Wellenfrontmesslicht 68 wird bei dem dichroitischen Spiegel 6 reflektiert
und durchsetzt entlang des Wellenfrontstrahlenganges 56 die
Linse 58. Linse 58 ist eine Linse mit positiver
optischer Brechkraft, welche das von dem Auge zurückkehrende
Wellenfrontmesslicht 68 in im Wesentlichen sphärische,
konvergente Wellenfronten überführt, welche
den halbdurchlässigen Spiegel 54 zum
Teil durchsetzen und in einem Punkt 69 fokussiert werden,
um stromabwärts
als im Wesentlichen sphärische
divergierende Wellenfronten weiterzulaufen. In einem Abstand von
der Linse 58, welcher Abstand einer Summe einer Brennweite
der Linse 58 und einer Brennweite der Linse 70 entspricht,
ist die Linse 70 in dem Strahlengang 56 des Wellenfrontanalysesystems 8 angeordnet,
um die divergierenden im Wesentlichen sphärischen Wellenfronten 68 in
im Wesentlichen ebene Wellenfronten zu überführen. Die im Wesentlichen ebenen
Wellenfronten 68 durchsetzen ein Feld 72 von Mikrolinsen 73,
in deren Brennebene 74 ein ortsauflösender Detektor, hier eine
CCD-Kamera 76, abgeordnet ist. Jeweils ein Bündel des
von dem Auge 44 zurückgekehrten
Wellenfrontmesslichts 68 durchsetzt jede der Mikrolinsen 73 in
dem Feld 72 von Mikrolinsen und wird abhängig von
einer Ausbreitungsrichtung des betreffenden Bündels auf einen Ort 77 des
Detektors 76 abgebildet. Eine Position des Ortes 77 relativ
zu einer optischen Achse der betreffenden Mikrolinse 73 kann
durch Verarbeitung der von dem Detektor 76 erzeugten elektrischen
Signale durch das Prozessierungssystem 40 bestimmt werden,
welchem über Leitung 78 die
Ausgabesignale des Detektors 76 zugeführt werden. Die so erhaltenen
Positionen geben Aufschluss über
eine Form einer Wellenfront des von dem. Auge 44 zurückkehrenden
Wellenfrontmesslichts 68. Aus der so bestimmten Form des
Wellenfrontmesslichts kann auf optische Eigenschaften des Auges 44 zurückgeschlossen
werden, wie etwa eine sphärische
und/oder astigmatische Fehlsichtigkeit des Auges 44.
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Um
eine Verschmutzung der optischen Komponenten des Wellenfrontanalysemoduls 3 gering
zu halten, ist das Wellenfrontanalysemodul 3 im Wesentlichen
durch das Baugruppenchassis 10 eingeschlossen. In einem
Lichteintritts- bzw. -austrittsbereich 80, durch welchen
das zur mikroskopischen Abbildung benutzte Licht 28 und 28' eintritt, durch
welchen das von der Wellenfrontmesslichtquelle 50 erzeugte
Wellenfrontmesslicht 48 austritt, sowie durch welchen das
von dem Auge 44 zurückkehrende
Wellenfrontmesslicht 68 eintritt, ist das Wellenfrontanalysemodul 3 durch
eine Schutzplatte 82 aus einem für Licht im nahinfraroten und
sichtbaren Wellenlängenbereich
im Wesentlichen transparenten Material, wie etwas Glas, verschlossen.
Dabei schließt
eine Normale 83 der Schutzplatte 82 mit der optischen
Achse 18 der Objektivlinse 4 einen Winkel von
etwa 15° ± 3° ein. Damit
wird von dem Objektbereich 24 ausgehendes Wellenfrontmesslicht 68 sowie
Mikroskopieabbildungslicht 28 und 28', welches teilweise
an der Schutzplatte 82 reflektiert wird, so abgelenkt,
dass es nicht wiederum auf den Objektbereich 24 trifft
und zu Störungen
führt.
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Wenn
eine Wellenfrontmessung abgeschlossen ist, kann das Wellenfrontanalysemodul 3 leicht von
dem Mikroskopchassis 2 abgenommen werden, indem der Schraubverschluss
zwischen der Kopplungsöffnung 14 mit
Innengewinde und dem kreisförmigen
Kopplungselement 12 mit Außengewinde durch Aufdrehen
gelöst
wird. Sodann kann ein Wechselobjektiv, welches durch ein Kopplungselement 12 gehaltert
ist, jedoch kein Baugruppenchassis und auch kein Wellenfrontanalysesystem
umfasst, durch analoges Verschrauben des Kopplungselements 12 der
Wechselobjektivlinse mit der Kopplungsöffnung 14 an das Mikroskopchassis 2 gekoppelt
werden. Dabei wird die optische Achse 18 des Wechselobjektivs kollinear
mit der optischen Achse 16 des Mikroskopchassis 2 derart ausgerichtet,
dass der Objektbereich 24 in einer Brennebene des Wechselobjektivs
angeordnet ist.
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1B zeigt
das Wellenfrontanalysemodul 3 in einem von dem Mikroskopchassis 2 abgenommenen
Zustand. Das Wellenfrontanalysemodul 3 kann für sich alleine
genommen zur Analyse von aus dem Objektbereich 24 ausgehendem
oder diesen durchsetzendem Wellenfrontmesslicht 68 verwendet werden.
Dazu wird der Objektbereich 24 in analoger Weise wie oben
beschrieben unter Verwendung des Lasers bzw. der Superlumineszenzdiode 50 mit
Wellenfrontmesslicht 48 beleuchtet, welches zuvor die Linse 58 durchsetzt
hat und an dem dichroitischen Strahlteiler 6 um einen Winkel
von 90° reflektiert
wurde. Dazu beträgt
ein kleinster Winkel δ zwischen
der reflektierenden Fläche 6 des
dichroitischen Strahlteilers 6 und der optischen Achse 18 der
Objektivlinse 4 etwa 45°.
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Zur
Kopplung des Wellenfrontanalysemoduls 3 an ein Mikroskopchassis
mit einer Kopplungsöffnung 14 kann
das Kopplungselement 12 verwendet werden. Dabei kann eine
Kopplung des Kopplungselements 12 und der Kopplungsöffnung 14,
welche in 1 gezeigt ist, direkt oder
indirekt erfolgen, so dass entweder kein weiteres mechanisches Element
zur Kopplung des Kopplungselements 12 und der Kopplungsöffnung 14 zwischen
diesen positioniert wird oder so dass ein oder mehrere Adapterelemente
während
einer Kopplung des Kopplungselements 12 und der Kopplungsöffnung 14 zwischen diesen
positioniert und/oder fixiert werden.
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2A zeigt
ein Wellenfrontanalysemodul 3a eines optischen. Systems
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Das Wellenfrontanalysesystem 8a der
in 2A illustrierten Ausführungsform ist analog dem Wellenfrontanalysesystem 8 der
in 1A illustrierten Ausführungsform aufgebaut. Ein Unterschied
des Wellefrontanalysemoduls 3a der in 2A illustrierten
Ausführungsform
zu dem in 1A illustrierten Wellenfrontanalysemodul 3 liegt
in der Ausbildung der Objektivlinse 4a, und der Anordnung
des Strahlteilers 6a relativ zu der Objektivlinse 4a.
Die in 2A illustrierte Ausführungsform
der Objektivlinse 4a umfasst zwei Teillinsen 4a1 und 4a2,
welche mit ihren optischen Achsen 18 kollinear aber entlang
ihrer Achsen beabstandet voneinander angeordnet und durch das Baugruppenchassis 10 gehaltert
sind, wobei zwischen ihnen der dichroitische Spiegel 6a angeordnet
ist, wobei die Spiegelfläche 6a' des dichroitischen
Spiegels 6a einen Winkel von 45° mit der optischen Achse 18 der
Teillinsen 4a1 und 4a2 einschließt. In der in 2A illustrierten
Ausführungsform
des Wellenfrontanalysemoduls 3A ist somit eine in dem in 1A illustrierten
Wellenfrontanalysemodul 3 umfasste Schutzplatte 82 zum
Verschließen
des Wellenfrontanalysemoduls 3a entbehrlich, da dieses
durch die Teillinse 4a2 gegen Eindringen
von Schmutz verschlossen ist.
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2B illustriert
schematisch eine weitere Ausführungsform
eines Wellenfrontanalysemoduls 3b eines optischen Systems
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Das in 2B illustrierte
Wellenfrontanalysemodul 3b entspricht bis auf die Anordnung
der Wellenfrontlichtquelle 50b und bis auf die Anordnung
des Spiegels 52b der in 2A illustrierten
Ausführungsform
des Wellenfrontanalysemoduls 3a. Die Wellenfrontmesslichtquelle 50, 50a, 50b kann
an verschiedenen Stellen innerhalb des Wellenfrontanalysemoduls 3, 3a, 3b angeordnet
sein, zum Beispiel in den Ansichten gemäß 1, 2A, 2B oberhalb
oder unterhalb des von optischen Achsen der Linsen 58, 70 bzw. 58a, 70a,
bzw 58b, 70b. Alternativ kann die Wellenfrontmesslichtquelle 50, 50a, 50b in
einer beliebigen azimuthalen Stellung bezüglich des Wellenfrontstrahlenganges 56,
welcher zwischen dem Feld 72, 72a, 72b von
Mikrolinsen und dem Strahlteiler 6, 6a, 6b durch
eine horizontale Achse gegeben ist, angeordnet sein, was ebenso
eine jeweils veränderte
Anordnung des Spiegels 52, 52a, 52b und
des halbdurchlässigen
Spiegels 54, 54a, 54b nach sich zieht.
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3 illustriert
eine weitere Ausführungsform
eines Wellenfrontanalysemoduls 3c eines optischen Systems
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Die in 3 schematisch
illustrierte Ausführungsform
eines Wellenfrontanalysemoduls 3c entspricht bis auf die
Ausbildung und Anordnung der Objektivlinse 4c den mit Bezug
auf 1, 2A und 2B illustrierten
und beschriebenen Ausführungsformen
eines Wellenfrontanalysemoduls 3, 3a und 3b.
In den in den 1, 2A und 2B illustrierten
Ausführungsformen
wird zumindest eine der Teillinsen der Objektivlinse 4, 4a, 4b durch
das Kopplungselement 14, 14a, 14b gehaltert. Somit
ist während
einer Kopplung der Kopplungsöffnung 14 des
Mikroskopchassis 2 und des Kopplungselements 12, 12a, 12b zumindest
eine Teillinsen der Objektivlinse 4, 4a, 4b nahe
der Kopplungsöffnung 14 angeordnet,
insbesondere zwischen den Zoomsystemen 20, 20' und dem Strahlteiler 6, 6a, 6b.
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Dahingegen
ist bei der in 3 illustrierten Ausführungsform
eines Wellenfrontanalysemoduls 3c die Objektivlinse 4c nicht
durch das Kopplungselement 12c gehaltert und nicht bei
einer Kopplung der Kopplungsöffnung 14 und
des Kopplungselements 12c zwischen dem Zoomsystem 20, 20' und dem dichroitischen
Spiegel 6c angeordnet. Statt dessen ist die Objektivlinse 4c unterhalb
des dichroitischen Spiegels 6c, d. h. in dem Mikroskopiestrahlengang 18c zwischen
dem dichroitischen Spiegel 6c und dem Objektbereich 24c angeordnet.
Dadurch kann die optische Brechkraft der Objektivlinse 4c vollständig zur
Abbildung des Objektbereichs 24c auf das Feld 72c von
Mikrolinsen ausgenutzt werden, was somit ermöglicht, Brechkräfte der
Linsen 58c und 70c im Vergleich zu den Brechkräften der
Linsen 58 und 70 (1A), 58a und 70a (2A),
und 58b und 70b (2B) zu
verringern. Nachteilig ist jedoch, dass das Wellenfrontanalysemodul 3c,
welches in 3 illustriert ist, in einem
vom Mikroskopchassis 2 abgenommenen Zustand nicht vollständig verschlossenen
ist, da das ringförmige
Kopplungselement 12c eine kreisförmige Öffnung freigibt, was ein Eindringen
von Schmutz oder Staub mit sich bringen kann. Dazu kann das Wellenfrontanalysemodul 3c in
einem solchen abgenommenen Zustand durch eine nicht illustrierte
Schutzkappe mit einem Innengewinde, welches dem der Kopplungsöffnung 14 entspricht,
verschlossen werden.
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4A zeigt
ein optisches System 1a gemäß einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wiederum während einer Untersuchung eines
Auges 44. In der in 4A schematisch illustrierten
Ausführungsform
des optischen Systems 1a ist dabei das Mikroskopchassis 2a und
darin enthaltende optische Elemente nur schematisch und vereinfacht
dargestellt. Das innerhalb des Mikroskopchassis 2a gebildete
Mikroskop mit seinen optischen Elementen kann ähnlich ausgestaltet sein wie
das innerhalb des Mikroskopchassis 2 der 1A schematisch
illustrierte Stereomikroskop.
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Das
Wellenfrontanalysemodul 3a ist durch Baugruppenchassis 10a begrenzt,
welches den dichroitischen Spiegel 6a, eine erste Linsengruppe 58a,
eine zweite Linsengruppe 70a und ein Kopplungselement 12a,
sowie die Objektivlinse 4a in sich aufnimmt. Diese Elemente
sind innerhalb des Baugruppenchassis 10a durch nicht illustrierte Halterungselemente 46 analog
zu der in 1A illustrierten Ausführungsform
gehaltert.
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Im
Gegensatz zu der in 1A illustrierten Ausführungsform
eines Wellenfrontanalysemoduls 3 beträgt ein kleinster Winkel zwischen
einer reflektierenden Fläche 6a des
dichroitischen Spiegels 6a und einer optischen Achse 18a des
Objektivs 4a nicht 45° sondern
ist größer und
beträgt
etwa 65° ± 5°, insbesondere
etwa 65°.
Damit wird von dem Objektbereich 24 innerhalb der Brennebene 25 des
Objektivs 4a ausgehendes oder den Objektbereich 24 durchsetzendes
Wellenfrontmesslicht 68a um einen Winkel von etwa 130° abgelenkt.
Ein derartiger Neigungswinkel δ des
dichroitischen Spiegels 6a gegenüber der optischen Achse 18a des
Objektivs 4a ermöglicht eine
kompaktere Bauweise des Wellenfrontanalysemoduls 3a. Der
Wellenfrontstrahlengang 56a verläuft dabei zwischen den Linsen 58a und 70a nicht
in geradliniger Weise wie Strahlengang 56 der in 1A illustrierten
Ausführungsform,
sondern wird durch zusätzliche
Spiegel 55 und 57, welche in dem Wellenfrontstrahlengang 56a zwischen
der Linse 58a und der Linse 70a angeordnet sind,
zweimal um etwa 110° bzw.
um etwa 90° in
seiner Richtung geändert, um
einen mehrfach gefalteten Wellenfrontstrahlengang 56a bereitzustellen,
welcher eine besonders kompakte Bauweise des Wellenfrontanalysemoduls 3a erlaubt.
Weitere Elemente, wie etwa die Wellenfrontlichtquelle 50a,
das Feld 72a von Mikrolinsen 73a und der Detektor 76a sind
in analoger Weise aufgebaut, wie in der in 1A illustrierten
Ausführungsform.
Wellenfrontlichtquelle 50a ist jedoch in einer Ebene angeordnet,
welche verschieden von der Zeichenebene der 4a ist
und ein halbdurchlässiger
Spiegel 54a, welcher das von der Wellenfrontlichtquelle 50a erzeugte
Wellenfrontmesslicht 48a reflektiert, ist der Übersichtlichkeit
halber nicht dargestellt.
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4B illustriert
schematisch die Baugruppe 3a des in 4a illustrierten
optischen Systems gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. In der 4B ist
die Baugruppe 3a in einem von dem Mikroskopchassis 2a entkoppelten.
Zustand gezeigt. Die Baugruppe bzw. das Wellenfrontanalysemodul 3a allein
kann verwendet werden, eine Wellenfrontanalyse von aus einem Objektbereich 24 ausgehendem
oder diesen Bereich durchsetzendem Wellenfrontmesslicht durchzuführen, wie
mit Bezug auf 4A bzw. 1A in
Detail erläutert.
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5A zeigt
ein optisches System 1d gemäß einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wiederum während einer Untersuchung eines
Auges 44. In der in 5A schematisch illustrierten
Ausführungsform
des optischen Systems 1d ist dabei das Mikroskopchassis 2d und
darin enthaltende optische Elemente nur schematisch und vereinfacht
dargestellt. Das innerhalb des Mikroskopchassis 2d gebildete
Mikroskop mit seinen optischen Elementen kann ähnlich ausgestaltet sein wie
das innerhalb des Mikroskopchassis 2 der 1A schematisch
illustrierte Stereomikroskop.
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Im
Unterschied zu den bisher illustrierten Ausführungsformen eines optischen
Systems ist hier das Objektiv 4d in einer separaten Fassung 15 gehaltert,
welche ein Aussengewinde umfasst, welches in ein Innengewinde der
Kopplungsöffnung 14d des
Mikroskopchassis' geschraubt
werden kann, um das Objektiv 4d in dem Mikroskopstrahlengang
anzuordnen. Das Objektiv 4d ist also in der in 5A illustrierten
Ausführungsform
nicht im Wellenfrontanalysemodul 3d umfasst. Dieses kann
durch Verschrauben des Kopplungselements 12d mit Innengewinde an
ein weiteres Aussengewinde der Fassung 15 mit dem Mikroskopchassis 2d gekoppelt
werden.
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5B illustriert
schematisch die Baugruppe 3d des in 5A illustrierten
optischen Systems gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung in einem von dem Mikroskopchassis 2d entkoppelten
Zustand. Die Baugruppe bzw. das Wellenfrontanalysemodul 3d allein
kann verwendet werden, eine Wellenfrontanalyse von aus einem Objektbereich 24 ausgehendem
oder diesen Bereich durchsetzendem Wellenfrontmesslicht durchzuführen, wie mit
Bezug auf 4A bzw. 1A in
Detail erläutert.
-
Das
Wellenfrontanalysemodul 3d ist durch Baugruppenchassis 10d begrenzt,
welches den dichroitischen Spiegel 6d, eine erste 58d,
eine zweite Linsengruppe 70d und ein Kopplungselement 12d, jedoch
keine Objektivlinse in sich aufnimmt. Diese Elemente sind innerhalb
des Baugruppenchassis 10d durch nicht illustrierte Halterungselemente 46 analog
zu der in 1A illustrierten Ausführungsform
gehaltert.
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Im
Unterschied zu den bisher beschriebenen Ausführungsformen des Wellenfrontanalysemoduls umfasst
das Kopplungselement 12d keine Fassung für eine Objektivlinse
und keine Objektivlinse ist in dem Kopplungselement 12d gehaltert.
Das Kopplungselement bildet einen Ring, welcher eine Kopplungselementachse 19 festlegt.
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Ein
kleinster Winkel zwischen einer reflektierenden Fläche 6a' des dichroitischen
Spiegels 6a und der Kopplungselementachse 19 beträgt etwa
65° ± 5°, insbesondere
etwa 65°,
oder etwa 55° ± 5°, insbesondere
etwa 55°.
Damit wird von dem Objektbereich 24 ausgehendes oder den
Objektbereich 24 durchsetzendes Wellenfrontmesslicht 68a
um einen Winkel von etwa 130° bzw.
110° abgelenkt.
Ein derartiger Neigungswinkel δ des
dichroitischen Spiegels 6d gegenüber der Kopplungselementachse 19 ermöglicht eine
kompaktere Bauweise des Wellenfrontanalysemoduls 3d.
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Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung stellen eine Baugruppe zum Koppeln an
ein Mikroskopchassis bereit, wobei die Baugruppe eine Objektivlinse
und ein Wellenfrontanalysesystem umfasst, wodurch eine Ausrichtung
optischer Achsen eines Mikroskopiestrahlenganges und eines Wellenfrontstrahlenganges
durch Justieren von optischen Komponenten innerhalb der Baugruppe
ermöglicht wird,
ohne eine weitere Justierung zu erfordern, wenn die Baugruppe an
das Mikroskopchassis gekoppelt ist. Hierbei ist ebenso eine Brennebene
des Objektivs und eine Brennebene der Abbildungsoptik des Wellenfrontanalysesystems
zueinander ausgerichtet und justiert, um sowohl eine mikroskopische Abbildung
eines Objektbereichs als auch eine Analyse einer von dem Objektbereich
ausgehenden Wellenfront zu erlauben.