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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein optisches Beobachtungsgerät
sowie eine Beleuchtungseinrichtung für ein optisches Beobachtungsgerät, welche
wenigstens eine breitbandige Lichtquelle und eine schmalbandige
Lichtquelle umfasst.
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Optische
Beobachtungsgeräte, etwa Operationsmikroskope oder Endoskope,
sind häufig nicht nur zur konventionellen Beobachtung des
Beobachtungsobjekts vorgesehen, sondern auch beispielsweise zum
Durchführen einer Fluoreszenzmessung. Hierzu umfassen die
optischen Beobachtungsgeräte eine Fluoreszenzlichtquelle,
welche eine zur Anregung von Fluoreszenz im beobachteten Beobachtungsobjekt
geeignete Wellenlänge emittiert. In herkömmlichen
optischen Beobachtungsgeräten werden häufig Hochleistungsweißlichtquellen,
also breitbandige Lichtquellen, benutzt, die zur Fluoreszenzanregung
mit maximaler Leistung betrieben werden. Über 99% der elektrischen
Leistung der Hochleistungsweißlichtquelle wird dabei in
Wärme umgewandelt, die abgeführt werden muss.
Zudem kann die Bestrahlungsstärke bei schwacher Fluoreszenz
oder tiefen Operationskanälen dennoch zu schwach sein. Weiterhin
führt das Betreiben einer Hochleistungsweißlichtquelle
mit maximaler Leistung zu einer Patientenbelastung, die dazu führen
kann, dass der Fluoreszenzbetrieb zeitlich begrenzt werden muss.
Ein Endoskop mit einer Weißlichtquelle, die als Fluoreszenzlichtquelle
genutzt wird, ist beispielsweise in
US 6,510,338 B1 beschrieben.
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Neben
der Verwendung von Weißlichtquellen als Anregungslichtquellen
für die Fluoreszenz ist daher auch die Verwendung von Leuchtdioden
oder Lasern als Anregungslichtquellen bekannt.
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In
US 2006/0232855 A1 ist
ein Operationsmikroskop beschrieben, in dem die Fluoreszenzstrahlung
nicht mit einer Weißlichtquelle, sondern mit einem Halbleiterlaser
erzeugt wird. Das Laserlicht wird unterhalb des Hauptobjektivs in
den Beleuchtungsstrahlengang des Mikroskops eingekoppelt.
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In
US 2005/0152029 A1 ist
ein Fluoreszenzmikroskop beschrieben, das eine Glühlampe
zur Transmissionsbeleuchtung des Objekts und eine Leuchtdiode als
Anregungslichtquelle für Fluoreszenzstrahlung umfasst.
Das Licht der LED wird oberhalb des Hauptobjektivs in den Beleuchtungsstrahlengang
eingekoppelt.
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US 2005/0224692 A1 beschreibt
ein Fluoreszenzmikroskop mit einer auf mehreren LEDs basierenden
Fluoreszenzlichtquelle.
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Gegenüber
diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
eine vorteilhafte Beleuchtungseinrichtung für ein optisches
Beobachtungsgerät zur Verfügung zu stellen, die
sowohl eine Weißlichtbeleuchtung als auch ein schmalbandige
Lichtquelle zur Anregung einer Fluoreszenz im Beobachtungsobjekt
aufweist. Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung
ein vorteilhaftes optisches Beobachtungsgerät zur Verfügung
zu stellen.
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Die
erste Aufgabe wird durch eine Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch
1 gelöst, die zweite Aufgabe durch ein optisches Beobachtungsgerät nach
Anspruch 14. Die abhängigen Ansprüche enthalten
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
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Eine
erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung für
ein in einem Fluoreszenzmodus betreibbares optisches Beobachtungsgerät
umfasst wenigstens eine breitbandige Lichtquelle zur Beleuchtung eines
Beobachtungsobjekts, beispielsweise eine Halogenlampe, eine Gasentladungslampe,
eine Metall-Halogenid-Lampe, eine breitbandige Halbleiterlichtquelle,
eine breitbandige organische Lichtquelle, etc. Daneben umfasst sie
wenigstens eine schmalbandige Lichtquelle zur Anregung von Fluoreszenz im
Beobachtungsobjekt und/oder zur Hintergrundbeleuchtung im Fluoreszenzmodus.
Die schmalbandige Lichtquelle kann insbesondere ein Laser oder ein
Lumineszenzstrahler, wie beispielsweise eine Leuchtdiode oder eine
organische Leuchtdiode etc. sein. Weiterhin umfasst die erfindungsgemäße
Beleuchtungseinrichtung einen Lichtleiter mit einem lichtquellenseitigen
Eintrittsende und einem beobachtungsobjektseitigen Austrittsende
sowie einen Überlagerer zum Überlagern des Lichtes
der schmalbandigen Lichtquelle mit dem Licht der breitbandigen Lichtquelle.
Der Überlagerer, der insbesondere wenigstens einen dichroitischen
Spiegel umfassen kann und beispielsweise als ein Prisma mit wenigstens
einer mit einem dichroitischen Spiegel versehenen Prismenfläche
ausgebildet sein kann, ist am Eintrittsende des Lichtleiters oder
lichtquellenseitig vor dem Eintrittsende des Lichtleiters angeordnet.
Wenn der Überlagerer als Prisma ausgebildet ist, bietet
er den Vorteil, dass das Licht von mehr als zwei Lichtquellen mittels
desselben Überlagerers überlagert werden kann.
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In
der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung
werden sowohl das Weißlicht, als auch das Anregungslicht
für die Fluoreszenz gemeinsam durch den Lichtleiter auf
das Objekt geleitet. Eine derartige Lichtquelle kann daher in einem
Operationsmikroskop eine konventionelle Beleuchtungseinrichtung
mit einem Lichtleiter, durch den das Licht zum optischen Beobachtungsgerät
geleitet wird, ersetzen, ohne dass Änderungen an der Konstruktion des
optischen Beobachtungsgeräts, etwa zum Einkoppeln der Anregungsstrahlung
in den Beobachtungsstrahlengang, notwendig sind. Die erfindungsgemäße
Beleuchtungseinrichtung eignet sich daher in hervorragender Weise
auch zum Umrüsten oder Nachrüsten von bestehenden
optischen Beobachtungsgeräten zu Fluoreszenzgeräten.
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In
einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen
Beleuchtungseinrichtung umfasst diese eine Schaltvorrichtung zum
individuellen Ein- und Ausschalten der schmalbandigen Lichtquelle
unabhängig vom Einschaltzustand der breitbandigen Lichtquelle.
Da in dieser Ausgestaltung die schmalbandige Lichtquelle unabhängig
von der breitbandigen Lichtquelle ein- und ausgeschaltet werden
kann, kann beispielsweise die Fluoreszenz mit der breitbandigen
Lichtquelle angeregt werden und die schmalbandige Lichtquelle bei
Bedarf zusätzlich zur Anregung von Fluoreszenz herangezogen
werden, um die Intensität der Anregungsstrahlung gegenüber der
alleinigen Verwendung der breitbandigen Lichtquelle zu erhöhen.
Insbesondere bei schwacher Fluoreszenz kann dadurch das Generieren
von Fluoreszenzstrahlung mit ausreichender Intensität herbeigeführt
werden. Auch bei tiefen Operationskanälen kann es vorteilhaft
sein, die Intensität der Anregungsstrahlung gegenüber
der alleinigen Verwendung der breitbandigen Lichtquelle zum Anregen
der Fluoreszenz durch das Zuschalten der schmalbandigen Lichtquelle
zu erhöhen. Wenn außerdem auch die breitbandige
Lichtquelle unabhängig von der schmalbandigen Lichtquelle
ein- und ausgeschaltet werden kann, kann die schmalbandige Lichtquelle
auch alleine, also ohne die breitbandige Lichtquelle, zur Fluoreszenzanregung
verwendet werden.
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Wenn
die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung eine
Einstellvorrichtung zum individuellen Einstellen der Intensität
der breitbandigen Lichtquelle unabhängig von der Intensität
der schmalbandigen Lichtquelle umfasst, kann außerdem während
der Fluoreszenzanregung die breitbandige Lichtquelle als Hintergrundbeleuchtung
auf einem niedrigen, für das konventionelle Beobachten
des Beobachtungsobjektes ausreichenden Intensitätsniveau
gehalten werden, d. h. die breitbandige Lichtquelle muss nicht mit
maximaler Leistung betrieben werden, um genügend Anregungsstrahlung
zur Verfügung zu stellen. Auf diese Weise lassen sich Patientenbelastungen durch
hohe Weißlichtintensität während der
Fluoreszenzanregung vermeiden.
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Beispielsweise
wenn eine getrennte Einstellung der Intensität der Lichtquellen
und/oder ein individuelles Ein- und Ausschalten der Lichtquellen
nicht möglich ist, ist es vorteilhaft, wenn die Beleuchtungseinrichtung
einen Abschwächer und/oder einen Filter aufweist, der bzw.
die zwischen die breitbandige Lichtquelle und das Eintrittsende
des Lichtleiters eingebracht oder einbringbar ist bzw. sind. Mittels
des Abschwächers und/oder Filters kann dann während einer
Fluoreszenzmessung, in der die Beleuchtungseinrichtung mit maximaler
Leistung versorgt wird, die Intensität der breitbandigen
Lichtquelle herabgesetzt werden. Falls ein Filter Verwendung findet,
ist dieser vorzugsweise für die Wellenlänge der
schmalbandigen Lichtquelle durchlässig. Vorzugsweise sind
der Abschwächer und/oder der Filter zwischen der breitbandigen
Lichtquelle und dem Überlagerer angeordnet oder einbringbar,
da dadurch eine Beeinflussung des Lichtes der schmalbandigen Lichtquelle
nicht auftritt. Deshalb ist bei dieser Positionierung des Abschwächers/Filters
auch eine größere Freiheit in der Wahl der Materialparameter
für den Abschwächer und/oder den Filter gegeben.
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In
einer weiteren Ausgestaltung umfasst die erfindungsgemäße
Beleuchtungseinrichtung wenigstens zwei schmalbandige Lichtquellen,
wodurch eine höhere Intensität der Anregungsstrahlung
für die Fluoreszenz erreicht werden kann. Wenn zudem eine Schaltvorrichtung
zum individuellen Ein- und Ausschalten der wenigstens zwei schmalbandigen
Lichtquellen unabhängig voneinander vorhanden ist, kann die
Intensität der Anregungsstrahlung durch Zuschalten wenigstens
einer schmalbandigen Lichtquelle erhöht werden, was insbesondere
bei schwacher Fluoreszenz oder tiefen Operationskanälen
vorteilhaft ist. Wenn eine Einstellvorrichtung zum individuellen
Einstellen der Intensität der wenigstens zwei schmalbandigen
Lichtquellen unabhängig voneinander vorhanden ist, kann
die Intensität, mit der das Beobachtungsobjekt zur Anregung
der Fluoreszenzstrahlung beleuchtet wird, in einem weiten Bereich
kontinuierlich eingestellt werden, insbesondere wenn die beiden
schmalbandigen Lichtquellen zudem noch getrennt ein- und ausgeschaltet
werden können.
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Es
ist auch möglich, wenigstens zwei schmalbandige Lichtquellen
vorzusehen, die in unterschiedlichen Wellenlängen emittieren.
Dadurch wird das Anregen unterschiedlicher fluoreszierender Moleküle
mit derselben Beleuchtungseinrichtung möglich.
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Ein
erfindungsgemäßes optisches Beobachtungsgerät
ist mit einer erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung
ausgestattet. Ein derartiges optisches Beobachtungsgerät
weist die zuvor mit Bezug auf die Beleuchtungseinrichtung beschriebenen Merkmale,
Eigenschaften und Vorteile auf, so dass auf die Beschreibung der
Beleuchtungseinrichtung verwiesen wird.
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Das
optische Beobachtungsgerät kann insbesondere als Operationsmikroskop
oder als Endoskop realisiert sein.
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Weitere
Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung
ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen
unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren.
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1 zeigt
ein Operationsmikroskop mit einer erfindungsgemäßen
Beleuchtungseinrichtung.
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2 zeigt
ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Beleuchtungseinrichtung.
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3 zeigt
in einer schematisierten Darstellung eine Steuerschaltung für
die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung.
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4 zeigt
ein zweites Ausführungsbeispiel für die erfindungsgemäße
Beleuchtungseinrichtung.
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5 zeigt
ein drittes Ausführungsbeispiel für die erfindungsgemäße
Beleuchtungseinrichtung.
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6 zeigt
ein viertes Ausführungsbeispiel für die erfindungsgemäße
Beleuchtungseinrichtung.
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Nachfolgend
wird mit Bezug auf 1 ein Beispiel für
den grundsätzlichen Aufbau eines Operationsmikroskops mit
einer erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung
als ein Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes
optisches Beobachtungsgerät erläutert. Die Figur
zeigt das Operationsmikroskop 1 in einer Seitenansicht,
so dass lediglich einer von zwei stereoskopischen Teilstrahlengängen
des Operationsmikroskops zu erkennen ist.
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Das
Operationsmikroskop 1 umfasst ein einem Beobachtungsobjekt 3 zuzuwendendes
Objektiv 5, das im vorliegenden Ausführungsbeispiel
als eine aus zwei miteinander verkitteten Teillinsen aufgebaute
Achromatlinse oder Apochromatlinse dargestellt ist. Das Beobachtungsobjekt 3,
bspw. ein Gewebebereich, an dem eine Fluoreszenzmessung vorgenommen
werden soll, wird in der Brennebene des Objektivs 5 angeordnet,
so dass der Gewebebereich 3 nach Unendlich abgebildet wird,
also ein vom Gewebebereich 3 ausgehendes divergentes Strahlenbündel 7 bei
seinem Durchgang durch das Objektiv 5 in ein paralleles
Strahlenbündel 9 umgewandelt wird. Statt lediglich
einer Achromatlinse, wie sie im vorliegenden Ausführungsbeispiel
als Objektiv 5 Verwendung findet, kann auch ein Objektivlinsensystem
aus mehreren Einzellinsen Verwendung finden, etwa ein so genanntes
Vario-Objektiv, mit dem sich der Arbeitsabstand des Operationsmikroskops 1,
d. h. der Abstand der Brennebene vom Objektiv 5, variieren lässt.
Auch in einem solchen Vario-System wird der in der Brennebene angeordnete
Gewebebereich 3 nach Unendlich abgebildet, so dass auch
bei einem Vario-Objektiv beobachterseitig eine paralleles Strahlenbündel 9 vorliegt.
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Beobachterseitig
des Objektivs 5 ist ein Vergrößerungswechsler 11 angeordnet,
der entweder wie im dargestellten Ausführungsbeispiel als Zoom-System
zur stufenlosen Änderung des Vergrößerungsfaktors
oder als so genannter Galilei-Wechsler zur stufenweisen Änderung
des Vergrößerungsfaktors ausgebildet sein kann.
In einem Zoom-System, das in der Regel aus einer Linsenkombination mit
bspw. drei oder vier Linsen aufgebaut ist, können die beiden
objektseitigen Linsen verschoben werden, um den Vergrößerungsfaktor
zu variieren. In einem Galilei-Wechsler existieren dagegen mehrere
feste Linsenkombinationen, die unterschiedliche Vergrößerungsfaktoren
repräsentieren und im Wechsel in den Strahlengang eingebracht
werden können. Sowohl ein Zoom-System, als auch ein Galilei-Wechsler wandeln
ein objektseitiges paralleles Strahlenbündel in ein beobachterseitig
paralleles Strahlenbündel mit einem anderen Bündeldurchmesser
um. Der Vergrößerungswechsler 11 ist
dabei bereits Teil des binokularen Strahlengangs des Operationsmikroskops 1,
d. h. er weist eine eigene Linsenkombination für jeden stereoskopischen
Teilstrahlengang des Operationsmikroskops 1 auf. Alternativ
kann der Vergrößerungswechsler aber auch als große
Optik ausgestaltet sein, d. h. mit jeweils von beiden stereoskopischen
Teilstrahlengängen durchsetzten Linsen. An den Vergrößerungswechsler 11 kann
sich beobachterseitig eine Schnittstelle anschließen, über
die externe Geräte an das Operationsmikroskop 1 angeschlossen
werden können und die bspw. zum Auskoppeln eines Teils
des Strahlengangs aus dem Operationsmikroskop und/oder zum Einspiegeln
von Daten oder sonstigen Informationen dienen kann.
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Im
Operationsmikroskop 1 schließt sich an den Vergrößerungswechsler 11 oder,
falls vorhanden, die Schnittstelle beobachterseitig ein Binokulartubus 13 an.
Dieser weist zwei Tubusobjektive 15 auf, welche das jeweilige
parallele Strahlenbündel 9 in einer Zwischenbildebene 17 fokussieren,
also das Beobachtungsobjekt 3 auf die jeweilige Zwischenbildebene 17 abbilden.
Die in den Zwischenbildebenen 17 befindlichen Zwischenbilder
werden schließlich von Okularen 19 wiederum nach
Unendlich abgebildet, so dass ein Beobachter, etwa ein behandelnder
Arzt oder sein Assistent, die Zwischenbilder mit entspannten Augen
betrachten kann. Außerdem erfolgt im Binokulartubus mittels
eines Spiegelsystems oder mittels Prismen (nicht dargestellt) eine
Aufweitung des Abstandes zwischen den beiden stereoskopischen Teilstrahlenbündeln,
um den Abstand an den Augenabstand des Betrachters anzupassen.
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Weiterhin
umfasst das in 1 dargestellte erfindungsgemäße
Operationsmikroskop 1 eine entfernt vom eigentlichen Mikroskopkörper
angeordnete Beleuchtungseinrichtung 21, mit der das Beobachtungsobjekt 3 beleuchtet
wird und die in der Lage ist, eine Fluoreszenz des Gewebebereiches 3,
bspw. aufgrund eines dem Gewebebereich 3 zugegebenen Fluoreszenzfarbstoffes,
etwa Indocyanin-Grün oder 5-Aminolevulinic Acid (5-ALA)
oder ähnlichem, anzuregen. Das in der Beleuchtungseinrichtung 21 erzeugte
Licht wird in das Eintrittsende (in 1 nicht zu
erkennen) eines Lichtleiters 23 eingekoppelt und durch
den Lichtleiter 23 zum eigentlichen Mikroskopkörper,
in dem sich das Austrittsende 25 des Lichtleiters 23 befindet,
geleitet. Mittels eines im Mikroskopkörper vorhandenen
Kondensorsystems 27 wird eine von dem Austrittsende 25 des
Lichtleiters 23 beleuchtete Blende, Blendenebene oder eine
sonstige Ebene über ein Umlenkprisma 29 auf den
Gewebebereich 3 abgebildet. Statt eines Umlenkprismas 29 kann
hierbei grundsätzlich auch ein Umlenkspeiegel zur Anwendung
kommen.
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Die
Beleuchtungseinrichtung 21 wird nachfolgend mit Bezug auf
die 2 bis 6 näher erläutert.
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Die
erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung 21 ist
in 2 im Detail dargestellt. Sie umfasst eine Weißlichtquelle 31 in
Form einer Xenonhochdrucklampe, die als breitbandige Lichtquelle
dient. Mittels eines Reflektors 33 wird das von der Weißlichtquelle 31 emittierte
Licht kollimiert, so dass ein paralleles Weißlichtstrahlenbündel 35 entsteht.
Statt einer Hochdrucklampe kann auch eine andere Weißlichtquelle
zum Bereitstellen des breitbandigen Lichtes zum Einsatz kommen,
beispielsweise eine Metall-Halogenid-Lampe, eine Halogenlampe, etc.
Außer den genannten thermischen Strahlern können aber
auch nicht-thermische Strahler wie etwa Laser, Leuchtdioden, organische
Leuchtdioden, etc. Verwendung finden, sofern sie zur Emission von
breitbandigem Licht geeignet sind, was sich beispielsweise im Falle
von LEDs durch geeignete Konverterbeschichtungen erreichen lässt.
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Weiterhin
umfasst die Beleuchtungseinrichtung 21 im vorliegenden
Ausführungsbeispiel eine Leuchtdiode 37 als schmalbandige
Lichtquelle. Das von der Leuchtdiode 37 in einen Raumwinkelbereich α emittierte
schmalbandige Licht wird mittels einer Kollimatorlinse 39 kollimiert,
um ein paralleles Strahlenbündel 41 aus schmalbandigem
Beleuchtungslicht zu erzeugen. Die Wellenlänge des schmalbandigen
Beleuchtungslichtes ist hierbei so gewählt, dass sie in
der Lage ist, im beobachteten Gewebebereich 3 (vgl. 1)
eine Fluoreszenz, beispielsweise eines geeigneten Fluoreszenzfarbstoffes
wie etwa Indocyanin-Grün herbeizuführen. Statt
der beschriebenen Leuchtdiode 37 kann auch ein anderer
Lumineszenzstrahler, beispielsweise eine organische Leuchtdiode (OLED)
oder eine Elektrolumineszenzfolie Verwendung finden.
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In
der Beleuchtungsvorrichtung 21 ist außerdem ein
als Strahlteiler fungierender teildurchlässiger Spiegel 43 so
angeordnet, dass er das parallele Weißlichtstrahlenbündel 35 passieren
lässt und das parallele Strahlenbündel 41 aus
schmalbandigem Licht derart ablenkt, dass es dem parallelen Weißlichtstrahlenbündel 35 überlagert
wird, um ein gemeinsames paralleles Strahlenbündel 45 zu
erzeugen. Der Strahlteiler kann daher als Überlagerer angesehen
werden. Statt des teildurchlässigen Spiegels 43 können
auch andere Strahlteiler, beispielsweise ein Strahlteilerprisma,
als Überlagerer zur Anwendung kommen.
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Mittels
einer Fokussierlinse 47 wird das parallele Strahlenbündel 45 aus überlagertem
Licht schließlich auf das in der Beleuchtungsvorrichtung 21 befindliche
Eintrittsende 49 des Lichtleiters 23 fokussiert,
um das überlagerte Licht in den Lichtleiter 23 einzukoppeln.
Das aus dem Austrittsende 25 des Lichtleiters 23 austretende
Licht, mit dem der Gewebebereich 3 beleuchtet wird, enthält
daher zum einen das Weißlicht als Beleuchtungslicht zum
optischen Beobachten des Gewebebereichs und zum anderen das schmalbandige
Licht als Anregungslicht zum Anregen einer Fluoreszenz im Gewebebereich 3.
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Da
sowohl das Weißlicht zur optischen Beobachtung des Gewebebereiches 3,
als auch das Anregungslicht zum Anregen einer Fluoreszenz durch denselben
Lichtleiter 23 zum Hauptkörper des Operationsmikroskops 1 geleitet
werden, ist im Hauptkörper selbst kein zusätzlicher
Beleuchtungsstrahlengang für das Anregungslicht notwendig.
Außerdem kann ein bestehendes Operationsmikroskop, dem das
Beobachtungslicht über einen Lichtleiter zugeführt
wird, mit Hilfe der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung 21 derart
nachgerüstet werden, dass eine Fluoreszenzbeobachtung möglich
wird. Daneben ermöglicht die erfindungsgemäße
Beleuchtungseinrichtung 21 ein Zuführen des Anregungslichtes,
ohne dass hierfür zusätzlicher Bauraum im Mikroskophauptkörper
selbst notwendig wäre.
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3 zeigt
in einer schematisierten Darstellung ein Beispiel für eine
Steuervorrichtung 51, mit deren Hilfe sich die Weißlichtquelle 31 und
die Leuchtdiode 37 individuell ein- und ausschalten lassen
und die ein individuelles Einstellen der Leuchtintensität
der jeweiligen Lichtquelle ermöglicht. Die Steuereinrichtung 51 umfasst
einen ersten steuerbaren Schalter 53 und ein erstes schaltbares
Potentiometer 55, die beide der Stromversorgung für
die Xenonhochdrucklampe 31 zugeordnet sind. Außerdem umfasst
die Schalt- und Steuervorrichtung 51 einen zweiten steuerbaren
Schalter 57 sowie ein zweites steuerbares Potentiometer 59,
die beide der Stromversorgung für die Leuchtdiode 37 zugeordnet
sind. Das Einstellen der Widerstandswerte an den Potentiometer 55, 59 sowie
das Ein- und Ausschalten der Schalter 53, 57 übernimmt
eine zentrale Steuereinheit 61, der die einzustellenden
Werte bzw. Schaltzustände über eine Schnittstelle 63 von
extern zugeführt werden können.
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Die
in 3 gezeigte Schaltung, die lediglich stellvertretend
für eine Vielzahl möglicher Schaltungen steht,
ermöglicht es, die Leuchtdiode 37 und die Xenonlampe 31 getrennt
voneinander ein- bzw. auszuschalten. Außerdem kann die
Leuchtintensität der beiden Lichtquellen individuell geregelt
werden. Auf diese Weise ist es einerseits möglich, beispielsweise die
Anregungsbeleuchtung völlig auszuschalten, wenn diese nicht
benötigt wird, oder die Intensität der Weißlichtbeleuchtung
zu reduzieren, wenn eine Fluoreszenzbeobachtung erfolgen soll.
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Es
wird noch einmal darauf hingewiesen, dass die in der 3 dargestellten
Schalter 53, 57 und Potentiometer 55, 59 nur
stellvertretend für funktionelle Einheiten stehen, die
einerseits ein Ein- bzw. Ausschalten der jeweiligen Lichtquelle
bzw. ein Einstellen der Intensität der jeweiligen Lichtquelle
ermöglichen. So ist es beispielsweise bei Leuchtdioden auch
möglich, die Leuchtintensität außer mittels
Konstantstromregelung auch mittels Pulsweitenmodulation einzustellen.
Statt des Potentiometers 59 wäre die Schaltung 51 dann
mit einer der Leuchtdiode 37 zugeordneten Pulsweitenmodulationseinheit
ausgestattet. Verfahren und funktionelle Einheiten zum Einstellen
der Intensitäten von Weißlichtquellen und Leuchtdioden
sind dem Fachmann bekannt und werden an dieser Stelle nicht weiter
erläutert.
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Ein
zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Beleuchtungseinrichtung 21 ist in 4 dargestellt.
Elemente, die Elementen aus dem ersten Ausführungsbeispiel
entsprechen, sind mit denselben Bezugsziffern wie in 2 bezeichnet und
werden nicht noch einmal erläutert, um Wiederholungen zu
vermeiden.
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Das
in 4 gezeigte zweite Ausführungsbeispiel
für die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung 21 unterscheidet
sich vom ersten Ausführungsbeispiel dadurch, dass zwischen
der Fokussierlinse 47 und dem Eingangsende 49 des
Lichtleiters 23 ein Filter 65 vorhanden ist, der
zwischen der Fokussierlinse 47 und dem Eintrittsende 49 des
Lichtleiters 23 in den Strahlengang eingeschoben werden kann.
Der Filter 65 ist in seiner nicht eingeschobenen Position
gestrichelt dargestellt. Statt eines Einschiebens in den Strahlengang
ist auch ein Einschwenken möglich. Als Filter 65 kommen
hierbei insbesondere Wärmeschutzfilter, die einen Infrarotanteil
des Lichtes Herausfiltern, oder Farbfilter zur Kontrasterhöhung,
etwa Geldfilter, in Betracht.
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Statt
an der in der in 4 gezeigten Stelle kann der
Filter 65 auch an anderen Stellen des Strahlengangs angeordnet
werden, beispielsweise zwischen der Xenonlampe 31 und dem
Strahlteiler 43 oder zwischen dem Strahlteiler 43 und
der Fokussierlinse 47. Die in 4 dargestellte
Einbaustelle des Filters 65 hat jedoch den Vorteil, dass
die Filtergröße minimiert werden kann, wodurch
sich in der Beleuchtungseinrichtung 23 der für
den Filter benötigte Bauraum gering halten lässt.
Selbstverständlich können statt lediglich eines
Filters 65 auch mehrere Filter vorhanden sein, die entweder
in denselben Abschnitten des Strahlengangs, also beispielsweise
alle zwischen der Fokussierlinse 47 und dem Eintrittsende 49 des
Lichtleiters 23, oder in verschiedenen Abschnitten des
Strahlengangs, beispielsweise ein Filter zwischen der Fokussierlinse 47 und
dem Eingangsende 49 des Lichtleiters 43 und ein
anderer Filter zwischen der Xenonhochdrucklampe 31 und
dem Strahlteiler 23, angeordnet sein können.
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Eine
weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Beleuchtungseinrichtung 21 ist in 5 dargestellt.
Diejenigen Elemente der dritten Ausführungsform, die sich
nicht von Elementen der ersten Ausführungsform unterscheiden
sind wieder mit denselben Bezugsziffern wie in 2 bezeichnet und
werden nicht noch einmal erläutert.
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Die
in 5 dargestellte Ausführungsform für
die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung 21 unterscheidet
sich von der in 2 dargestellten Ausführungsform
dadurch, dass zwischen der Xenonhochdrucklampe 31 und dem
Strahlteiler 43 ein Abschwächer 67 angeordnet
ist, um die Intensität des breitbandigen Beleuchtungslichtes
oder, wenn die Leuchtintensität der Weißlichtquelle
einstellbar ist, die maximale Intensität des breitbandigen
Beleuchtungslichtes zu begrenzen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel
ist der Abschwächer 67 als Siebblende ausgeführt.
Grundsätzlich kann der Abschwächer aber auch mittels
anderer Komponenten realisiert sein, beispielsweise mittels Transmissionsdisplays,
Polarisatoren oder sonstiger optischer Bauteile mit veränderbarer
Transmission oder Reflexion.
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Ein
viertes Ausführungsbeispiel für die erfindungsgemäße
Beleuchtungseinrichtung 21 ist in 6 dargestellt.
Elemente, die der in 2 dargestellten Beleuchtungseinrichtung
des ersten Ausführungsbeispiels entsprechen, sind mit denselben
Bezugsziffern wie in 2 bezeichnet und werden nicht noch
einmal erläutert.
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Das
in 6 dargestellte vierte Ausführungsbeispiel
für die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung 210 unterscheidet
sich von den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen
dadurch, dass eine zweite schmalbandige Lichtquelle 370 vorhanden
ist, deren Licht sich in seiner Wellenlänge vom Licht der
ersten schmalbandigen Lichtquelle 37 unterscheidet. Für
die Art der verwendeten Lichtquelle gilt das hinsichtlich der ersten
schmalbandigen Lichtquelle 37 ausgeführte entsprechend.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die zweite schmalbandige
Lichtquelle 370 wie die erste schmalbandige Lichtquelle 37 eine
Leuchtdiode.
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Das
von der Leuchtdiode 370 in den Raumwinkelbereich β emittierte
schmalbandige Licht wird von einer Kollimatorlinse 390 in
ein paralleles Strahlenbündel aus schmalbandigem Licht 410 umgewandelt.
Das schmalbandige Licht der zweiten Leuchtdiode 370 wird
dann mittels eines zweiten Strahlteilers 430, der wie der
erste Strahlteiler 43 insbesondere als teildurchlässiger
Spiegel oder als Prisma ausgebildet sein kann, dem parallelen Strahlenbündel 45, welches
das mit dem Licht der ersten schmalbandigen Lichtquelle 37 überlagerte
Licht der Weißlichtquelle 31 enthält,
zusätzlich überlagert. Der Strahlteiler 430 lässt
hierzu das parallele Strahlenbündel 45 aus überlagertem
Licht der Weißlichtquelle und der ersten schmalbandigen
Lichtquelle 37 ohne Ablenkung passieren, wohingegen er
das parallele Strahlenbündel 410 mit dem schmalbandigen
Licht der zweiten schmalbandigen Lichtquelle 370 ablenkt,
um ein Beleuchtungsstrahlenbündel mit allen drei Beleuchtungslichtkomponenten 450 zu
erzeugen, welches dann mittels der Fokussierlinse 47 auf
das Eintrittsende 49 des Lichtleiters 23 abgebildet
wird.
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Das
vierte Ausführungsbeispiel umfasst außerdem ein
Schalt- und Einstellmodul 510, mit dem die schmalbandigen
Lichtquellen 37, 370 getrennt voneinander ein-
bzw. ausgeschaltet werden können. Außerdem ist
das Schalt- und Einstellmodul 510 derart ausgestaltet,
dass es ein individuelles Regeln der Leuchtintensität der
schmalbandigen Lichtquellen 37, 370 ermöglicht.
Hierzu kann das Schalt- und Einstellmodul 510 bspw. je
eine Pulsweitenmodulationseinheit pro schmalbandiger Lichtquelle 37, 370 umfassen.
Die von dem Schalt- und Einstellmodul 510 einzustellenden
Zustände können über eine Schnittstelle 630 extern
zugeführt werden.
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Im
vierten Ausführungsbeispiel kann auch ein Filter zur Anwendung
kommen, wie er mit Bezug auf das zweite Ausführungsbeispiel
beschrieben worden ist, oder ein Abschwächer, wie er mit
Bezug auf das dritte Ausführungsbeispiel beschrieben worden
ist.
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Die
beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich Möglichkeiten
dar, wie die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung
realisiert sein kann. Abweichungen von diesen Ausführungsbeispielen
sind möglich. Beispielsweise kann die Beleuchtungseinrichtung
sowohl einen Abschwächer, wie er im dritten Ausführungsbeispiel
beschrieben worden ist, als auch einen oder mehrere Filter, wie mit
Bezug auf das zweite Ausführungsbeispiel beschrieben, enthalten.
Auch die Anzahl der schmalbandigen und breitbandigen Lichtquellen
ist nicht grundsätzlich begrenzt. Insbesondere kann eine
Vielzahl von schmalbandigen Lichtquellen, die zur Anregung der Fluoreszenz
von unterschiedlichen fluoreszierenden Molekülen, in unterschiedlichen
Wellenlängen emittieren, zur Anwendung kommen.
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- 1
- Operationsmikroskop
- 3
- Beobachtungsobjekt
- 5
- Objektiv
- 7
- divergentes
Strahlenbündel
- 9
- paralleles
Strahlenbündel
- 11
- Vergößerungswechsler
- 13
- Binokulartubus
- 15
- Tubusobjektiv
- 17
- Zwischenbildebene
- 19
- Okular
- 21
- Beleuchtungseinrichtung
- 23
- Lichtleiter
- 25
- Austrittsende
- 27
- Kondensor
- 29
- Umlenkprisma
- 31
- Xenonlampe
- 33
- Reflektor
- 35
- paralleles
Weißlichtstrahlenbündel
- 37
- Leuchtdiode
- 39
- Kollimatorlinse
- 41
- paralleles
Strahlenbündel aus schmalbandigem Licht
- 43
- teildurchlässiger
Spiegel
- 45
- paralleles
Strahlenbündel
- 47
- Fokussierlinse
- 49
- Eintrittsende
- 51
- Schalt-
und Steuervorrichtung
- 53
- Schalter
- 55
- Potentiometer
- 57
- Schalter
- 59
- Potentiometer
- 61
- Steuereinheit
- 63
- Schnittstelle
- 65
- Filter
- 67
- Abschwächer
- 210
- Beleuchtungseinrichtung
- 370
- Leuchtdiode
- 390
- Kollimatorlinse
- 410
- paralleles
Strahlenbündel
- 430
- teildurchlässiger
Spiegel
- 450
- paralleles
Strahlenbündel
- 510
- Schalt-
und Einstellmodell
- 630
- Schnittstelle
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- - US 6510338
B1 [0002]
- - US 2006/0232855 A1 [0004]
- - US 2005/0152029 A1 [0005]
- - US 2005/0224692 A1 [0006]
- - DE 202004010121 U1 [0007]
- - DE 202006000018 U1 [0007]