DE10130119A1 - Videomikroskop - Google Patents

Abstract

Eine Nahoptik enthält, von vorne gesehen, ein Paar Objektivoptiken, ein Paar Umkehroptiken, ein Prisma zum Verringern des Achsenabstandes von Lichtstrahlen und eine CCD innerhalb eines Gehäuses. Auf der Unterseite des Gehäuses ist eine Öffnung ausgebildet, durch die die Nahoptik dem Außenraum zugewandt ist. Am äußeren Rand der Unterseite des Gehäuses ist eine Halterung befestigt. An dem Ende dieser Halterung ist ein Reflexionsspiegel befestigt, der die optische Achse der Nahoptik hinter der Öffnung im rechten Winkel knickt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Videomikroskop zur Aufnahme eines sich bewegenden Bildes eines vergrößerten dreidimensionalen Objektbildes, insbesondere ein Video-Stereomikroskop.

Video-Stereomikroskope der genannten Art werden bei Operationen von feinen Geweben, wie beispielsweise dem Gehirn, verwendet.

Da es schwierig ist, die Struktur eines aus feinen Geweben bestehenden Organs, beispielsweise des Gehirns, durch direkt zu betrachten, müssen Operationen an einem solchen Organ unter dem Mikroskop durchgeführt werden. Da es auch unmöglich ist, die dreidimensionale Struktur von Gewebe mit einem monokularen Mikroskop zu beobachten, wird zur Durchführung genauer Operationen ein Ste­ reomikroskop verwendet, mit dem eine dreidimensionale vergrößernde Betrach­ tung von Gewebe möglich ist.

Obwohl mit einem konventionellen optischen Stereomikroskop ein leitender Chir­ urg oder sein/seine Assistent(in) das Mikroskopbild betrachten kann, können weitere Operationsteammitglieder, wie beispielsweise Anästhesisten, Schwestern, Internisten und Berater, welche an anderen Stellen arbeiten, das gleiche Mikro­ skopbild nicht betrachten. Daher können sie ihre Arbeitsteilung nicht mit ausrei­ chender Genauigkeit und Schnelligkeit realisieren. Auch kann der Berater seinen Rat von einer anderen Stelle nicht zeitgerecht und richtig geben. An Stelle von optischen Stereomikroskopen wurden daher in den letzten Jahren Video- Stereomikroskope vorgeschlagen, welche sich bewegende Bilder eines rechten und linken durch das Stereomikroskop erzeugten Objektbildes aufnehmen, um die Bilder für eine dreidimensionale Betrachtung auf mehreren Monitoren zu erzeu­ gen. Beispielsweise beschreibt das japanische Patent Nr. 2 607 828 ein Video- Stereomikroskop, in dem das rechte und das linke Bild eines Objektes, die von einer rechten bzw. linken Objektivoptik erzeugt werden, von einer einzelnen Bildaufnahmevorrichtung aufgenommen werden, die an der Rückseite der Objek­ tivoptiken angeordnet ist.

Die Objektivoptik, durch die das Objekt und die Bildaufnahmevorrichtung in einer Linie angeordnet sind, verursacht keine Probleme, so lange der Patient vertikal von oben aufgenommen wird. Es treten jedoch Einschränkungen in der Handha­ bung auf, wenn komplizierte Körperteile wie die Nasenhöhle aufgenommen wer­ den, deren Aufnahme nur aus einer Richtung möglich ist, in der der Körper des Patienten selbst liegt. So können beispielsweise der die Objektivoptik haltende Hauptkörper des Videomikroskops und die Bildaufnahmevorrichtung in Kontakt mit dem Körper des Patienten kommen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein chirurgisches Videomikroskop anzugeben, bei dem zur besseren Handhabbarkeit sicher vermieden wird, dass dessen Hauptkör­ per in Kontakt mit dem Körper des Patienten kommt.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch das Videomikroskop mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Das erfindungsgemäße chirurgische Videomikroskop nimmt ein von einer Bildauf­ nahmeoptik erzeugtes Objektbild mittels einer Bildaufnahmevorrichtung auf, die in dem Videomikroskop enthalten ist. Das Mikroskop hat ein die Bildaufnahmeoptik haltendes Gehäuse, in der eine Öffnung zum Einkoppeln von von dem Objekt stammendem Licht in die Bildaufnahmeoptik ausgebildet, z. B. gebohrt ist, sowie einen an dem Gehäuse gehaltenen Reflexionsspiegel, der Licht aus einer Rich­ tung, die nicht parallel zur optischen Achse der Bildaufnahmeoptik ist, so reflek­ tiert, dass das Licht durch die Öffnung des Gehäuses auf die Bildaufnahmeoptik gelangt.

In diesem Aufbau ist durch den Reflexionsspiegel die optische Achse der Bildauf­ nahmeoptik auf deren Objektseite geknickt. Der Reflexionsspiegel knickt also die Richtung des Sehfeldes. Infolgedessen müssen die Bildaufnahmeoptik und die Bildaufnahmevorrichtung nicht mehr in einer Linie mit dem Objekt angeordnet sein. Dadurch wird vermieden, dass das Gehäuse in Kontakt mit dem Körper des Patienten kommt, wodurch die Handhabbarkeit des Videomikroskops verbessert wird.

Der Reflexionsspiegel kann an dem Gehäuse derart befestigt sein, dass er in einer vorbestimmten Richtung orientiert ist. Vorteilhaft ist er jedoch an dem Ge­ häuse so gehalten, dass seine Neigungsrichtung bezüglich der optischen Achse der Bildaufnahmeoptik einstellbar ist. Bei diesem Aufbau kann das Gehäuse in einer beliebigen Richtung orientiert werden, während das Sehfeld vor dem Refle­ xionsspiegel fest bleibt. Dadurch wird die Handhabbarkeit weiter verbessert. Zur Realisierung der Einstellbarkeit der Neigungsrichtung des Reflexionsspiegels können z. B. ein Kugelgelenk, ein flexibles Rohr oder ein Universalgelenk vorge­ sehen werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher er­ läutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung des Gesamtaufbaus eines chirurgi­ schen Trägersystems mit einem Video-Stereomikroskop gemäß ei­ ner bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 eine schematische Darstellung des optischen Aufbaus des Video- Stereomikroskops,

Fig. 3 eine schematische Darstellung des optischen Aufbaus eines Video- Stereobetrachtungsgerätes,

Fig. 4 eine Draufsicht eines LCD-Schirms,

Fig. 5 eine perspektivische Darstellung der äußeren Form des Stereomi­ kroskops,

Fig. 6 eine perspektivische Darstellung des Gesamtaufbaus einer Mikro­ skopoptik,

Fig. 7 eine Seitenansicht des Gesamtaufbaus der Mikroskopoptik,

Fig. 8 eine Vorderansicht des Gesamtaufbaus der Mikroskopoptik,

Fig. 9 eine perspektivische Darstellung der Strahlengänge innerhalb und außerhalb des Gehäuses des Stereomikroskops,

Fig. 10 eine Darstellung zur Erläuterung, wie das Stereomikroskop gemäß erstem Ausführungsbeispiel verwendet wird,

Fig. 11 eine perspektivische Darstellung der Strahlengänge innerhalb und außerhalb des Gehäuses eines Stereomikroskops gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,

Fig. 12 eine Darstellung zur Erläuterung, wie das Stereomikroskop gemäß zweitem Ausführungsbeispiel verwendet wird,

Fig. 13 eine perspektivische Darstellung der Strahlengänge innerhalb und außerhalb des Gehäuses eines Stereomikroskops gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel, und

Fig. 14 eine perspektivische Darstellung einer Halterung und eines Refle­ xionsspiegels, die in einem vierten Ausführungsbeispiel des Stereo­ mikroskops vorgesehen sind.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen im einzelnen beschrieben.

Ein Video-Stereomikroskop (nachfolgend der Einfachheit halber als "Stereomikro­ skop" bezeichnet) gemäß der Erfindung ist in einem chirurgischen Trägersystem vorgesehen, das beispielsweise bei Gehirnoperationen benutzt wird. In diesem chirurgischen Trägersystem wird das dreidimensionale Bild (Stereobild) von Patientengewebe, das von einem Stereomikroskop erzeugt wird, mit CG (Com­ puter Graphik)-Bildern kombiniert, welche vorher aus Daten über einen kranken Teil im Gewebe erzeugt werden. Das kombinierte Bild wird für den leitenden Chirurgen auf einem Stereobetrachtungsgerät sowie für weitere Ope­ rationsteammitglieder auf Monitoren angezeigt und gleichzeitig durch eine Auf­ zeichnungseinrichtung aufgezeichnet.

Erstes Ausführungsbeispiel

Fig. 1 zeigt schematisch den Aufbau des chirurgischen Trägersystems. Wie in Fig. 1 gezeigt, wird das Trägersystem durch ein Stereomikroskop 101, eine CCD- Kamera 102 hoher Auflösung, welche am oberen Ende der Rückseite des Ste­ reomikroskops 101 angebracht ist, ein an der Oberseite des Stereomikroskops 101 angebrachtes Gegengewicht 104, ein in das Innere des Stereomikroskops 101 durch ein zentrales Loch im Gegengewicht 104 eingesetztes Lichtleiter- Faserbündel 105, eine Lichtquelle 106, welche in das Stereomikroskop 101 durch das Lichtleiter-Faserbündel 105 einzuleitendes Licht emittiert, einen mit der CCD- Kamera 102 verbunden Teiler 111, eine Bildaufzeichnungseinrichtung 115 sowie einen Monitor 114 und ein Stereobetrachtungsgerät 113, welche mit dem Teiler 111 verbunden sind, gebildet.

Das Stereomikroskop 101 besitzt an seiner Rückseite eine Haltevorrichtung und ist über diese am distalen Ende eines freien Arms 100a eines ersten Ständers 100 befestigt. Das Stereomikroskop 101 kann daher in dem durch den freien Arm 100a des ersten Ständers erreichbaren Raum bewegt und in willkürlicher Richtung geneigt werden. Nachfolgend wird der Einfachheit halber die Objektseite, d. h. die Patientenseite, relativ zum Stereomikroskop 101 als "tief" und die entgegenge­ setzte Seite als "hoch" bezeichnet.

Da der optische Aufbau in diesem Stereomikroskop 101 nachfolgend genauer erläutert wird, wird an dieser Stelle lediglich sein schematischer Aufbau erläutert.

Gemäß Fig. 2 werden Primärbilder eines Objektes als Luftbilder an entsprechen­ den Stellen einer rechten und linken Feldblende 270, 271 über eine Objektivoptik erzeugt, die eine Nahoptik 210 großen Durchmessers mit einer einzigen optischen Achse sowie ein rechtes und ein linkes Variosystem 220, 230 enthält, die durch verschiedene Teile der Nahoptik 210 laufende Lichtstrahlen fokussieren. Eine rechte und eine linke Umkehroptik 240, 250 nehmen eine Umkehrabbildung an dem rechten bzw. linken Primärbild vor, um ein rechtes bzw. linkes Sekundärbild auf dem rechten bzw. linken Bildaufnahmebereich einer Bildaufnahmefläche einer CCD 116 zu erzeugen, welche in der CCD-Kamera 102 hoher Auflösung montiert ist. Die Bildaufnahmebereiche besitzen jeweils ein Vertikal/Horizontal- Längenverhältnis von 9 : 8, während die Bildaufnahmefläche der CCD 116 eine "hoher Auflösung" entsprechende Abmessung mit einem Vertikal/Horizontal- Längenverhältnis von 9 : 16 hat.

Die Nahoptik 210, das rechte Variosystem 220 und die rechte Umkehroptik 240 bilden zusammen eine rechte Bildaufnahmeoptik. Die Nahoptik 210, das linke Variosystem 230 und die linke Umkehroptik 250 bilden zusammen die linke Bild­ aufnahmeoptik. Die Nahoptik 210 ist der rechten und der linken Bildaufnahmeop­ tik gemeinsam. Das rechte und linke Variosystem 220, 230 sowie die rechte und die linke Umkehroptik 240, 250 sind mit einer vorgegebenen Basislänge vonein­ ander beabstandet.

Die Bilder, welche somit auf dem rechten und linken Bildaufnahmebereich der Bildaufnahmefläche der CCD 116 über die beiden Bildaufnahmeoptiken erzeugt werden, sind Stereobildern äquivalent, die ein Paar Bilder enthalten, welche von zwei durch eine vorgegebene Basislänge voneinander getrennten und seitlich nebeneinander angeordneten Orten aus aufgenommen werden. Ein Ausgangs­ signal der CCD 116 wird durch den Bildprozessor 117 in ein Videosignal hoher Auflösung umgesetzt und von der CCD-Kamera 102 an den Teiler 111 ausgege­ ben.

Das Stereomikroskop 101 enthält eine Beleuchtungsoptik 300 (siehe Fig. 6) zur Beleuchtung des Objektes, das nahe dem Brennpunkt der Nahoptik 210 angeord­ net ist. Beleuchtungslicht aus der Lichtquelle 106 wird über das Lichtleiter- Faserbündel 105 in die Beleuchtungsoptik 300 eingekoppelt.

Im folgenden wird wieder auf Fig. 1 Bezug genommen. Die das Objekt darstellen­ den Videosignale hoher Auflösung, die von der CCD-Kamera 102 ausgegeben werden, werden durch den Teiler 111 geteilt und für den leitenden Chirurgen D dem Stereobetrachtungsgerät 113, für weitere Mitglieder des Operationsteams dem Monitor 114 oder einem Berater an einer entfernten Stelle sowie der Auf­ zeichnungseinrichtung 115 zugeführt.

Das Stereobetrachtungsgerät 113 ist am freien Ende eines freien Arms 112a eines zweiten Ständers 112 in Abwärtsrichtung so angebracht, dass es entspre­ chend der Haltung des Chefchirurgen D eingestellt werden kann, so dass dessen Operationsmaßnahmen erleichtert werden. Fig. 3 zeigt schematisch den Aufbau dieses Stereobetrachtungsgerätes 113.

Gemäß Fig. 3 enthält das Stereobetrachtungsgerät 113 einen LCD-Schirm 120 hoher Auflösung mit einem Längenverhältnis von 9 : 16 als Monitor. Wenn das Videosignal hoher Auflösung vom Teiler 111 in den LCD-Schirm 120 eingegeben wird, wie dies in der Draufsicht nach Fig. 4 dargestellt ist, so zeigt eine linke Hälfte 120a des LCD-Schirms 120 das durch den linken Bildaufnahmebereich der CCD 116 aufgenommene Bild und eine rechte Hälfte 120b des durch den rechten Bildaufnahmebereich der CCD 116 aufgenommenen Bildes an.

Die Lichtwege im Stereobetrachtungsgerät werden durch Trennelement 121 in einen rechten und einen linken Lichtweg geteilt, wobei das Trennelement 121 in einer Richtung senkrecht zum LCD-Schirm 120 an einer Grenze 120c zwischen der linken und der rechten Hälfte 120a, 120b des LCD-Feldes montiert ist. Auf den beiden Seiten des Trennelementes 121 sind ein Keilprisma 119 und ein Okular 118 in dieser Reihenfolge von der Seite des LCD-Schirms 120 gesehen angeordnet. Das Okular 118 erzeugt ein vergrößertes virtuelles Bild des auf dem LCD-Schirm 120 dargestellten Bildes an einer Stelle, die 1 m (-1 Dioptrien) vor betrachtenden Augen 1 angeordnet ist. Das Keilprisma 119 stellt die Richtung des Lichtes so ein, dass der Konvergenzwinkel der betrachtenden Augen demjenigen für den Fall einer Betrachtung eines um 1 m vor dem bloßen Auge I angeordneten Objektes entspricht kann, wodurch eine natürliche dreidimensionale Betrachtung möglich wird.

Aufbau des Stereomikroskops

Der Aufbau des obengenannten Stereomikroskops 101 (einschließlich der CCD- Kamera 102 hoher Auflösung) wird nachfolgend genauer beschrieben. Gemäß Fig. 5 hat das Stereomikroskop 101 die Form einer vieleckigen Säule. Die Rück­ seite des Stereomikroskops 101 ist eben und an der CCD-Kamera 102 hoher Auflösung befestigt, während die Vorderseite (d. h. die der Rückseite entgegenge­ setzte Seite) auf beiden Seiten abgeschrägte Kanten besitzt. In der Mitte der Oberseite ist eine kreisförmige Vertiefung 1a ausgebildet. In der Mitte dieser Vertiefung 1a ist eine (nicht dargestellte) Einsatzöffnung gebohrt, so dass ein Führungsrohr 122 eingesetzt werden kann, bei dem es sich um ein das freie Ende des Lichtleiter-Faserbündels 105 fest abdeckendes zylindrisches Element handelt. Im Ausführungsbeispiel bildet ein an der Einsatzöffnung befestigtes ringförmiges Element (Lichtleiter-Einsatzteil) 123 eine Spannvorrichtung zur Fixierung des in die Einsatzöffnung eingesetzten Führungsrohres 122.

In der Unterseite des Gehäuses 1 des Stereomikroskops 101 befindet sich eine Öffnung 1b. Diese Öffnung 1b ermöglicht es, dass die Nahoptik 201 und die Beleuchtungsoptik 300 zur Lichtübertragung dem Außenraum zugewandt sind. Wie in Fig. 9 gezeigt, ist das obere Ende einer aus einer L-förmig gebogenen Vierkantstange bestehenden Halterung 3 (Bügel) an der Unterseite des Gehäuses 1 nahe der Rückfläche befestigt. An dem anderen Ende der Halterung 3 ist ein Reflexionsspiegel 2 mit einer rechteckigen Reflexionsfläche so befestigt, dass er bezüglich der Unterseite des Gehäuses 1 geneigt und der Öffnung 1b zugewandt ist. Infolgedessen erzeugt die oben erläuterte Bildaufnahmeoptik 200 reelle Bilder des Objektes, die an dem Reflexionsspiegel 2 reflektiert werden. Der Reflexions­ spiegel 2 kann an Stelle der rechteckigen Form eine kreisförmige, elliptische oder beliebig andere Form haben. Vorzugsweise ist die Form jedoch so gewählt, dass sie den Erfassungsbereich der Bildaufnahmeoptik 100 und den der Beleuch­ tungsoptik 300 einschließt.

Nachfolgend wird der optische Aufbau des Stereomikroskops 101 anhand der Fig. 6 bis 8 erläutert. Fig. 6 zeigt eine Seitenansicht des Gesamtaufbaus der Mikroskopoptik, Fig. 7 eine Vorderansicht und Fig. 8 eine Draufsicht der Mikro­ skopoptik.

Gemäß Fig. 6 enthält die Mikroskopoptik eine Bildaufnahmeoptik (Paar aus einer rechten und einer linken Bildaufnahmeoptik) 200 zum Erzeugen eines linken und eines rechten Objektbildes, eine Beleuchtungsoptik 300 zum Beleuchten des Objektes mit aus der Lichtquelle 106 über das Lichtleiter-Faserbündel 105 her­ ausgeführtem Beleuchtungslicht und den Reflexionsspiegel 2, der sich in schrä­ ger Ausrichtung vor der Bildaufnahmeoptik 200 und der Beleuchtungsoptik 300 befindet.

Die Bildaufnahmeoptik 200 enthält eine Objektivoptik, die ihrerseits eine ge­ meinsame Nahoptik 210 sowie ein rechtes und ein linkes Variosystem 220, 230 zum Erzeugen der Primärbilder des Objektes, eine rechte und eine linke Umkeh­ roptik 240, 250 zum Erzeugen der Sekundärbilder durch Umkehrabbildung der Primärbilder sowie ein Prisma 260 als Element zur Verringerung des Achsenab­ standes der Objektlichtstrahlen enthält, welches die Objektlichtstrahlen von den Umkehroptiken 240, 250 nahe zueinander bringt. An Stellen, an denen die Pri­ märbilder durch die Variosysteme 220, 230 erzeugt werden, sind Feldblenden 270, 271 angeordnet. In den Umkehroptiken 240, 250 sind Pentaprismen 272, 273 als optische Elemente angeordnet, die die entsprechenden Strahlengänge im rechten Winkel ablenken. Bei dieser Ausgestaltung können ein rechtes und ein linkes Bild mit einer vorgegebenen Parallaxe auf zwei benachbarten Bereichen der in der CCD-Kamera 102 eingebauten CCD 116 erzeugt werden. In den fol­ genden Erläuterungen der Optiken ist die "Horizontalrichtung" die Richtung, wel­ che mit der Längsrichtung der Bildaufnahmefläche der CCD 116 zusammenfällt, wenn auf diese Bilder projiziert werden, und die "Vertikalrichtung" die Richtung, welche senkrecht auf der Horizontalrichtung relativ zur CCD 116 steht. Die Opti­ ken werden nachfolgend erläutert.

Gemäß den Fig. 6 und 7 enthält die Nahoptik 210 eine erste Linse 211 mit negativer Brechkraft und eine zweite Linse 212 mit positiver Brechkraft, welche in dieser Reihenfolge von der Objektseite aus gesehen angeordnet sind. Die zweite Linse 212 bewegt sich zur Fokussierung in Abhängigkeit des Objektabstandes längs ihrer optischen Achse. Da die zweite Linse 212 so eingestellt ist, dass ein Objekt im objektseitigen Brennpunkt der gesamten Nahoptik 210 angeordnet ist, verhält sich die Nahoptik 210 wie eine Kollimatorlinse, die vom Objekt stammen­ des divergentes Licht in im wesentlichen paralleles Licht überführt. Der Abstand des Scheitels der objektseitigen Fläche der ersten Linse 211 der Nahoptik vom objektseitigen Brennpunkt der gesamten Nahoptik 210 wird als "Arbeitsabstand" bezeichnet und ist in diesem Ausführungsbeispiel unter Berücksichtigung des zu steuernden Scharfstellbereichs auf 500 +/- 100 nm eingestellt. Die ebene Form der ersten und der zweiten Linse 211, 212 der Nahoptik 210 ist jeweils von den Variosystemen 220 und 230 aus gesehen halbkreisförmig, wobei eine Seite ausgeschnitten ist (D-Schnitt). Die Beleuchtungsoptik 300 ist in den aus­ geschnittenen Teilen angeordnet.

Das Paar Variosysteme 220, 230 fokussiert afokales Objektlicht von der Nahoptik 210 auf die Positionen der Feldblenden 270, 271. Wie die Fig. 6 und 7 zeigen, enthält das rechte Variosystem 220 eine erste bis vierte Linsengruppen 221, 222, 223 und 224 mit positiver, negativer, negativer bzw. positiver Brechkraft in dieser Reihenfolge von der Seite der Nahoptik 210 gesehen. Die erste und vierte Lin­ sengruppe 221, 224 sind fest, während die zweite und dritte Linsengruppe 222, 223 zur Brennweitenänderung längs der optischen Achse bewegbar sind. Die zweite Linsengruppe 222 bewegt sich hauptsächlich zur Änderung der Vergröße­ rung und die dritte Linsengruppe 223 zur Aufrechterhaltung der Fokus- oder Scharfstellposition. Wie das rechte Variosystem 220 enthält das linke Variosystem 230 eine erste bis vierte Linsengruppen 231, 232, 233 und 234. Das rechte und linke Variosystem 220, 230 sind durch einen (in den Figuren nicht dargestellten) Antriebsmechanismus miteinander gekoppelt, wodurch die Vergrößerungen des rechten und linken Bildes gleichzeitig geändert werden können.

Die optischen Achsen Ax2, Ax3 der Variosysteme 220, 230 verlaufen parallel zur optische Achse Ax1 der Nahoptik 210. Eine erste Ebene, welche die optischen Achsen Ax2, Ax3 der Variosysteme 220, 230 enthält, ist um eine Strecke A auf der anderen Seite des D-Schnittes gegen eine zweite Ebene versetzt, welche parallel zur ersten Ebene verläuft und die optische Achse der Nahoptik 210 enthält. Der Durchmesser der Nahoptik 210 ist größer als der Durchmesser eines Kreises, der die maximalen effektiven Durchmesser der Variosysteme 220, 230 und den ma­ ximalen effektiven Durchmesser der Beleuchtungsoptik 300 einschließt. Wie oben beschrieben, kann die Beleuchtungsoptik 300 innerhalb eines kreisförmigen, durch die Umrissform festgelegten Bereiches angeordnet werden, da die optischen Achsen Ax2, Ax3 der Variosysteme 220, 230 bezüglich des D- Schnittes auf der anderen Seite der optischen Achse Ax1 angeordnet sind, wo­ durch ein kompakter Gesamtaufbau möglich wird.

Die Feldblenden 270, 271 sind an Stellen angeordnet, an denen die Primärbilder durch die Variosysteme 220, 230 erzeugt werden. Die Feldblenden 270, 271 haben jeweils eine halbkreisförmige Öffnung, welche konzentrisch zum kreisför­ migen äußeren Rand der jeweiligen Feldblende und an einem Abschnitt angeord­ net ist, der der jeweils anderen Feldblende benachbart ist. Die geraden Ränder dieser Öffnungen fallen mit der Vertikalrichtung entsprechend der Grenzlinie zwischen rechtem und linkem Bild auf der CCD 116 zusammen. So können ledig­ lich die inneren Teile des Lichtflusses übertragen werden.

Beim Mikroskop gemäß dem in Rede stehenden Ausführungsbeispiel muss ein Überlappen des rechten und des linken Bildes auf der CCD 116 vermieden wer­ den, um das rechte und das linke Sekundärbild auf benachbarten Bereichen der einzigen CCD 116 zu erzeugen. Daher sind die Feldblenden 270, 271 an den Stellen der entsprechenden Primärbilder angeordnet. Der geradlinige Rand der halbkreisförmigen Öffnung der Feldblenden 270, 271 wirkt als Schneidkante, so dass lediglich innerhalb des Randes laufende Lichtstrahlen durch die Feldblenden 270, 271 gelangen können. Die aus den Feldblenden 270, 271 erzeugten Primär­ bilder werden nochmals durch das rechte und linke Umkehroptik 240, 250 als Se­ kundärbilder abgebildet. Die resultierenden Sekundärbilder sind in Horizontalrich­ tung und in Vertikalrichtung in bezug auf die Primärbilder umgekehrt. Daher defi­ nieren die Schneidkanten, welche die Außenränder in Horizontalrichtung an den Stellen der Primärbilder definieren, die Innenränder in Horizontalrichtung an den Stellen der Sekundärbilder, wodurch die Grenze des rechten und linken Bildes klar definiert wird.

Die Umkehroptiken 240, 250 enthalten drei Linsengruppen mit jeweils positiver Brechkraft. Wie die Fig. 6 und 7 zeigen, enthält die rechte Umkehroptik 240 eine erste Linsengruppe 241, welche durch eine einzige positive Meniskuslinse gebildet wird, eine zweiten Linsengruppe 242 mit insgesamt positiver Brechkraft sowie eine dritte durch eine einzige bikonvexe Linse gebildete Linsengruppe 243. Der objektseitige Brennpunkt der Kombination aus erster und zweiter Linsengrup­ pe 241, 242 fällt mit der Bilderzeugungsebene des durch das Variosystem 220 erzeugten Primärbildes zusammen. Dabei handelt es sich um die gleiche Position wie die der Feldblende 271. Die dritte Linsengruppe 243 bündelt paralleles Licht, das von der zweiten Linsengruppe 242 übertragen wird, auf die Bildaufnahmeflä­ che der CCD 116. Zwischen der ersten Linsengruppe 241 und der zweiten Lin­ sengruppe 242 ist das Pentaprisma 272 angeordnet, das der Ablenkung des Strahlenganges im rechten Winkel dient. Zwischen der zweiten Linsengruppe 242 und der dritten Linsengruppe 243 ist eine Blende 244 zum Einstellen der Licht­ menge angeordnet. Wie die rechte Umkehroptik 240 enthält die linke Umkehroptik 250 eine erste, eine zweite und eine dritte Linsengruppe 251, 252 und 253. Das Pentaprisma 273 ist zwischen der ersten Linsengruppe 251 und der zweiten Linsengruppe 252 und eine Blende 254 zwischen der zweiten Linsengruppe 252 und der dritten Linsengruppe 253 angeordnet. Das divergente Licht, das durch die Feldblenden 270, 271 getreten ist, wird durch die ersten Linsengruppen 241, 251 und die zweiten Linsengruppen 242, 252 der Umkehroptiken in im wesentlichen paralleles Licht überführt. Nach dem Durchtritt durch die Blenden 244, 254 werden die Lichtstrahlen durch die dritten Linsengruppen 243, 253 zur Erzeugung der Sekundärbilder erneut gebündelt. Da die Pentaprismen 272, 273 innerhalb der Umkehroptiken 240, 250 angeordnet sind, kann die Gesamtlänge der Bildauf­ nahmeoptik 200 längs der optischen Achse Ax1 der Nahoptik 210 verkürzt wer­ den.

Das Prisma 260 ist zwischen den Umkehroptiken 240, 250 und der CCD-Kamera 102 angeordnet, um den Abstand zwischen den rechten und linken Objektlicht­ strahlen aus den entsprechenden Umkehroptiken 240, 250 zu reduzieren. Um durch die Stereomikroskop-Betrachtung ein reales stereoskopisches Gefühl zu realisieren, ist es notwendig, zwischen dem rechten und dem linken Variosystem 220, 230 und zwischen der rechten und der linken Umkehroptik 240, 250 eine vorgegebene Basislänge zu vorzusehen. Zur Erzeugung von Sekundärbildern auf den benachbarten Bereichen auf der CCD 116 ist es andererseits notwendig, den Abstand zwischen den optischen Achsen kleiner als die Basislänge zu machen. Das Prisma 216 bringt die optischen Achsen der Umkehroptiken näher zueinan­ der, wodurch Bilder auf der gleichen CCD erzeugt werden können, während die vorgegebene Basislänge erhalten bleibt. Wie Fig. 8 zeigt, enthält das Prisma 260 ein Paar Prismen 261, 262 zum Verschieben der optischen Achsen in Form von pentagonalen Säulen, welche symmetrisch zueinander sind. Die Prismen 261, 262 sind in einer auf rechts und links bezogen symmetrischen Konfiguration in einem Abstand von etwa 0,1 mm voneinander angeordnet. Wie Fig. 9 zeigt, besitzen die Prismen 261, 262 zueinander parallele Eintritts- und Austrittsflächen sowie eine erste und eine zweite Reflexionsfläche an der jeweiligen Außenseite bzw. der jeweiligen Innenseite, die ebenfalls parallel zueinander sind. In Blick­ richtung parallel zu der Eintritts- und der Austrittsfläche sowie den reflektierenden Flächen haben die Prismen 261, 262 pentagonale Form, welche durch Abschnei­ den einer spitzwinkligen Ecke eines Parallelogramms in einer Linie senkrecht zur Austrittsfläche entsteht.

Das Objektlicht aus den Umkehroptiken 240, 250 fällt auf die Eintrittsflächen der Prismen 261, 262 und wird an den äußeren Reflexionsflächen intern so reflektiert, dass es in Horizontalrichtung geführt wird. Anschließend wird es an den inneren Reflexionsflächen intern so reflektiert, dass es in Richtung der optischen Achse geführt wird, welche die gleiche wie die Eintrittsrichtung ist, und tritt an den Aus­ trittsflächen so aus, dass es auf die CCD-Kamera 102 fällt. Der Abstand zwischen dem rechten und dem linken Objektlichtstrahl wird daher ohne Änderung der Laufrichtung schmäler, wodurch die Sekundärbilder auf der einzigen CCD 116 erzeugt werden.

Die Beleuchtungsoptik 300 hat die Funktion, das Beleuchtungslicht auf das Objekt zu projizieren, und enthält, wie Fig. 6 zeigt, eine Beleuchtungslinse 310 zum Einstellen der Divergenz des divergenten Lichtes, das von dem Lichtleiter-Faser­ bündel 105 ausgesendet wird, und ein Keilprisma 320, um das Beleuchtungslicht so abzulenken, dass der Beleuchtungsbereich mit dem Bildaufnahmebereich zusammenfällt. Wie Fig. 6 zeigt, verläuft die optische Achse Ax4 der Beleuch­ tungslinse 310 parallel zur optischen Achse Ax1 der Nahoptik 201 mit einem Versatz um einen vorgegebenen Betrag relativ zu dieser. Wenn das Keilprisma 320 nicht vorhanden ist, so fällt die Mitte des Beleuchtungsbereiches nicht mit der Mitte des Bildaufnahmebereichs zusammen, wodurch eine gewisse Menge an Beleuchtungslicht verloren geht. Das Keilprisma 310 passt den Beleuchtungsbe­ reich an den Bildaufnahmebereich an, wodurch das Beleuchtungslicht effektiv ausgenutzt wird.

Der Reflexionsspiegel 2 besteht aus einer Glasplatte mit einer rechteckigen Refle­ xionsfläche und einer auf der Rückseite dieser Glasplatte aufgeklebten Schutz­ platte. Der Reflexionsspiegel 2 ist so eingestellt, dass ein Randpaar seiner Außen­ ränder parallel zu einer Achse verläuft, die sowohl auf der optischen Achse Ax2 des Variosystems 220 als auch auf der optischen Achse Ax3 des Variosystems 230 senkrecht steht, und dass sie um 45° gegenüber der optischen Achse Ax1 der Nahoptik 210 geneigt ist. Die optische Achse Ax1 der Nahoptik 210 wird so durch den Reflexionsspiegel 2 im rechten Winkel nach vorne geknickt. Wie Fig. 9 zeigt, strahlt die Beleuchtungsoptik 300 das Beleuchtungslicht auf ein Objekt, das in einer Objektebene vor der geknickten optischen Achse Ax1 liegt, und zwar an einer Stelle, die längs der optischen Achse Ax1 im Arbeitsabstand von der Nahoptik 210 entfernt ist. Die Bildaufnahmeoptik 200 formt dann das Bild dieses Objektes auf der CCD 116.

Gebrauch des Stereomikroskops

Im Folgenden wird der Gebrauch des als Ausführungsbeispiel beschriebenen Stereomikroskops 101 erläutert, das den oben angegebenen Aufbau hat. Das Stereomikroskop 101 gemäß erläutertem Ausführungsbeispiel kann eingesetzt werden, um einen Patienten aus einer Position aufzunehmen, welche die Operati­ on nicht behindert. Eine solche Position kann beispielsweise über oder neben dem Patienten liegen. Wie in Fig. 10 gezeigt, kann mit dem Stereomikroskop 101 selbst das Innere der Nasenhöhle des Patienten P aufgenommen werden, ohne dass es in Kontakt mit dem Körper des Patienten P kommt. Bei Verwendung eines herkömmlichen Videomikroskops liegen das Objekt, d. h. das Innere der Nasenhöhle, und die Aufnahmeoptik in einer Linie, so dass das die Aufnahmeop­ tik enthaltende Gehäuse möglicherweise mit der Vorderseite, d. h. der Brust oder dem Abdomen des Körpers des Patienten in Kontakt kommt. Bei dem Stereomi­ kroskop 101 gemäß vorliegendem Ausführungsbeispiel ist die vom Objekt auf die Bildaufnahmeoptik führende optische Achse Ax1 durch den Reflexionsspiegel 2 im rechten Winkel geknickt, wodurch vermieden wird, dass das Gehäuse 1 des Stereomikroskops 101 in Kontakt mit dem Körper des Patienten P kommt.

In besonderen Fällen kommt möglicherweise der Reflexionsspiegel 2 selbst in Kontakt mit dem Körper des Patienten P. Der Reflexionsspiegel 2 nimmt jedoch eine Fläche ein, die nur geringfügig größer als die der Strahlengänge des Be­ leuchtungslichtes und des Objektlichtes ist. Die Wahrscheinlichkeit dafür, dass der Reflexionsspiegel 2 in Kontakt mit dem Körper des Patienten kommt, ist deshalb deutlich geringer als die Wahrscheinlichkeit dafür, dass das herkömmliche Ge­ häuse mit dem Körper in Kontakt kommt.

In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kann die Halterung 3 so ausgebildet sein, dass er von dem Gehäuse 1 lösbar ist. Dadurch ist das Stereomikroskop 101 in Situationen, in denen es über oder neben dem Patienten angeordnet wird, flexibler, was seine Lage betrifft.

Zweites Ausführungsbeispiel

Ein Stereomikroskop 102, das ein zweites Ausführungsbeispiel darstellt, unter­ scheidet sich von dem Stereomikroskop 101 gemäß erstem Ausführungsbeispiel lediglich in folgenden zwei Punkten, nämlich zum ersten in der Montageposition der Halterung 3 auf der Unterseite des Gehäuses 1 und in der Richtung der Nei­ gung des Reflexionsspiegels 2 bezüglich der Bildaufnahmeoptik 200 und der Beleuchtungsoptik 300. Unter Bezugnahme auf die Montageposition der Halte­ rung 3 in dem ersten Ausführungsbeispiel ist die Halterung 3 des Stereomikro­ skops 102 gemäß zweitem Ausführungsbeispiel an einer Position montiert, die von der Nahoptik 210 aus betrachtet um 90° um die optische Achse Ax1 der Nahoptik 210 verschoben ist. Die Neigungsrichtung des Reflexionsspiegels 2 bezüglich dieser Halterung 3 ist identisch mit der des ersten Ausführungsbei­ spiels. Wie in Fig. 11 gezeigt, ist deshalb der Reflexionsspiegel 2 so eingestellt, dass ein Randpaar seiner Außenränder parallel zu einer Achse ist, die sowohl auf der optischen Achse Ax1 der Nahoptik als auch der optischen Achse Ax4 der Beleuchtungslinse 310 senkrecht steht, und dass die Reflexionsfläche des Refle­ xionsspiegels 2 um 45° gegenüber der Achse Ax1 der Nahoptik 210 geneigt ist. Die optische Achse Ax1 der Nahoptik 210 wird also durch den Reflexionsspiegel 2 im rechten Winkel zur Seite geknickt. Wie Fig. 11 zeigt, strahlt die Beleuchtungs­ optik 300 das Beleuchtungslicht auf ein Objekt, das in einer Objektebene vor der geknickten optischen Achse Ax1 liegt, und zwar an einer Stelle längs der opti­ schen Achse Ax1, die um den Arbeitsabstand von der Nahoptik 210 entfernt ist. Die Bildaufnahmeoptik 200 erzeugt dann das Bild dieses Objektes auf der CCD 116.

Fig. 12 zeigt den Gebrauch des Stereomikroskops 102. Wie aus dieser Figur hervorgeht, kann das Stereomikroskop 102 gemäß zweitem Ausführungsbeispiel genau so verwendet werden, wie das Stereomikroskop 101 gemäß erstem Aus­ führungsbeispiel.

In diesem Ausführungsbeispiel kann die Halterung 3 so ausgebildet sein, dass sie von dem Gehäuse 1 lösbar ist. In diesem Fall sind die Halterung 3 und der Refle­ xionsspiegel 2, die lösbar ausgebildet sind, in ihrem Aufbau identisch mit den entsprechenden Komponenten des ersten Ausführungsbeispiels. Hat das Gehäu­ se 1 Montagevorrichtungen an den Stellen, die denen des ersten und des zweiten Ausführungsbeispiels entsprechen, so entspricht das Stereomikroskop 102 so­ wohl dem ersten als auch dem zweiten Ausführungsbeispiel. Dadurch wird die Handhabbarkeit des Stereomikroskops 102 weiter verbessert.

Da der übrige Aufbau und die Funktion des zweiten Ausführungsbeispiels iden­ tisch mit denen des ersten Ausführungsbeispiels sind, wird auf eine Beschreibung des Aufbaus und der Funktion an dieser Stelle verzichtet.

Drittes Ausführungsbeispiel

Ein Stereomikroskop 103, das ein drittes Ausführungsbeispiel darstellt, unter­ scheidet sich von dem Stereomikroskop 101 gemäß erstem Ausführungsbeispiel nur in der Gestaltung der Verbindung zwischen dem Ende einer Halterung 4 und des Reflexionsspiegels 2. Wie in Fig. 13 gezeigt, hält in dem Stereomikroskop 103 gemäß drittem Ausführungsbeispiel das Ende der Halterung 4 unter einer vorbe­ stimmten Reibungskraft eine Drehachse 4a, die an der Rückfläche des Refle­ xionsspiegels 2 mittig befestigt ist. Die Drehachse 4a ist parallel zu einer Achse orientiert, die senkrecht auf den Achsen Ax2 und Ax3 der beiden Variosysteme 220 und 230 steht.

Bei diesem Ausführungsbeispiel kann der Neigungswinkel des Reflexionsspiegels 2 beliebig eingestellt werden, um die Richtung der durch den Reflexionsspiegel 2 geknickten optischen Achse Ax1 der Nahoptik 210 frei zu ändern. Selbst in Fällen, in denen die optische Achse Ax1 vor dem Reflexionsspiegel 2 in einer festen Richtung orientiert werden muss, kann deshalb die Winkelstellung des Gehäuses 1 frei geändert werden. Dadurch wird die Handhabbarkeit des Stereomikroskops 103 weiter verbessert.

Der übrige Aufbau und die Funktion dieses dritten Ausführungsbeispiels entspre­ chen denen des ersten Ausführungsbeispiels, so dass auf eine Beschreibung von Aufbau und Funktion an dieser Stelle verzichtet wird.

Viertes Ausführungsbeispiel

Ein Stereomikroskop 104, das ein viertes Ausführungsbeispiel darstellt, unter­ scheidet sich von dem Stereomikroskop 101 gemäß erstem Ausführungsbeispiel lediglich in der Gestaltung der Verbindung zwischen dem Ende einer Halterung 5 und dem Reflexionsspiegel 2. So ist das Ende der Halterung 5 in dem Stereomi­ kroskop 104 gemäß viertem Ausführungsbeispiel über ein Kugelgelenk 5a in der Mitte der Rückfläche des Reflexionsspiegels 2 angebracht. Dadurch ist der Refle­ xionsspiegel 2 gegenüber der Stellung des in dem ersten Ausführungsbeispiel vorgesehenen Reflexionsspiegels 2 bis zu einem bestimmten Winkelbetrag in beliebiger Richtung verkippbar. Das Stereomikroskop 104 gemäß viertem Ausfüh­ rungsbeispiel ist deshalb hinsichtlich der Handhabbarkeit gegenüber dem dritten Ausführungsbeispiel verbessert.

Wie aus obiger Beschreibung hervorgeht, stellt die Erfindung ein chirurgisches Videomikroskop bereit, bei dem ein Kontakt des Hauptkörpers eines Mikroskops mit dem Körper des Patienten sicher vermieden und damit die Handhabbarkeit verbessert ist.

Claims (8)

1. Videomikroskop zum Aufnehmen eines von einer Bildaufnahmeoptik er­ zeugten Objektbildes mittels einer Bildaufnahmevorrichtung, mit einem die Bildaufnahmeoptik haltenden Gehäuse, das eine Öffnung zum Einkoppeln von von einem Objekt stammendem Licht in die Bildaufnahmeoptik hat, und mit einem von dem Gehäuse gehaltenen Reflexionsspiegel, der Licht aus ei­ ner zur optischen Achse der Bildaufnahmeoptik nicht parallelen Richtung so reflektiert, dass dieses durch die Öffnung des Gehäuses auf die Bildaufnah­ meoptik trifft.

2. Videomikroskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildaufnahmeoptik zwei Aufnahmeoptiken enthält und dass der Reflexions­ spiegel das auf beide Aufnahmeoptiken treffende Licht zugleich reflektiert.

3. Videomikroskop nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflexionsspiegel so an dem Gehäuse gehalten ist, dass seine Nei­ gungsrichtung bezüglich der optischen Achse der Bildaufnahmeoptik ein­ stellbar ist.

4. Videomikroskop nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflexionsspiegel an einem Ende einer an dem Gehäuse befestigten Halterung angebracht ist.

5. Videomikroskop nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflexionsspiegel über ein Gelenk an dem Ende der an dem Gehäuse befe­ stigten Halterung angebracht ist.

6. Videomikroskop nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Reflexionselement über ein Kugelgelenk an dem Ende der an dem Gehäuse befestigten Halterung angebracht ist.

7. Videomikroskop nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Achse der Bildaufnahmeoptik in dem Gehäuse geknickt ist.

8. Videomikroskop nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Beleuchtungsoptik zum Aussenden von Be­ leuchtungslicht vorgesehen ist und dass der Reflexionsspiegel das von der Beleuchtungsoptik ausgesendete Beleuchtungslicht reflektiert.