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Die vorliegende Erfindung betrifft ein medizinisches Mikroskop mit einer Mikroskopaufhängung, insbesondere zum flexiblen Positionieren eines Mikroskops. Ferner betrifft die Erfindung ein Mikroskopsystem.
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In der medizinischen Anwendung werden Mikroskope zur Untersuchung und/oder Behandlung von Patienten eingesetzt. Sie werden als medizinische Mikroskope, Operations- (OP-), Diagnose-, Untersuchungsmikroskop oder kurz als Mikroskop bezeichnet. Medizinische Mikroskope finden insbesondere in der Mikrochirurgie Anwendung, beispielsweise in der Neurochirurgie (z. B. Operation im Bereich von Kopf und Bandscheiben), der Ophthalmologie (z. B. Kataraktoperation), der plastischen Chirurgie (z. B. Schönheitschirurgie) oder der Dentalmedizin (z. B. Wurzelkanalbehandlung, Implantologie...). Üblicherweise werden medizinische Mikroskope für stereoskopisch erfasste Ansichten eines zu untersuchenden oder zu behandelnden Gewebes eingesetzt und stellen erhebliche, oft einstellbare, Vergrößerungsfaktoren bereit.
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Ein medizinisches Mikroskop umfasst einen binokularen Einblick (z. B. Tubus nach Kepler) in Verbindung mit einem z. B. mehrstufigen, durchschaltbaren Vergrößerungswechsler nach Galilei (Fernrohrsystem) in Kombination mit einer koaxialen Beleuchtung (z. B. mit einer Glühlampe 6 V/30 W), die z. B. über einen Spiegel koaxial in den Mikroskopstrahlengang eingeblendet wird. Dieser Grundaufbau entspricht den ersten OP-Mikroskopen aus dem Jahr 1953 von Dr. Littmann (Zeiss AG) und Prof. Wullstein (Universität Würzburg), mit denen erste mikrochirurgische Operationen im HNO-Bereich erfolgreich durchgeführt wurden. Es folgte der Einsatz von Mikroskopen in der Augenheilkunde, Neurochirurgie, Gynäkologie, Urologie und Ende der 90er Jahre in der Dentalmedizin.
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Medizinische Mikroskope werden unter Verwendung eines lösbaren Kupplungssystems von einem flexiblen Trägersystem, z. B. ein Decken-, Wand- oder Standstativ oder ein festmontiertes Trägersystem, gehalten.
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Das Kupplungssystem umfasst meist eine Aufhängungsmechanik, die das Mikroskop mit dem Trägersystem, beispielsweise an einem Mikroskophalterungsarm, lösbar verbindet und optional einen oder mehrere Freiheitsgrade zur Verfügung stellen kann. Teile des Kupplungssystems (hierin auch als Mikroskopaufhängung bezeichnet) werden am Mikroskop und am Trägersystem ausgebildet. Eine Aufgabe des Trägersystems und der Mikroskopaufhängung ist es, eine freie Positionierung des Mikroskops in Bezug zum zu untersuchenden Patienten zu ermöglichen sowie während der Untersuchung/Behandlung eine möglichst steife (ortsfeste) Positionierung des Mikroskops bereitzustellen, sodass eine Erfassung des Sichtfelds mit dem Mikroskop durchgeführt werden kann, die möglichst frei von Verwacklungen ist. Eine gelenkige Aufhängung für ein Operationsmikroskop mit einer Gelenkkugel ist in
DE 93 01 268 U1 offenbart. Ferner ist ein Diagnosemikroskop mit einer Kugelgelenkhaltevorrichtung in
DE 20 2016 101 003 U1 offenbart.
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Der Stand der Technik umfasst vielfältige Konfigurationen von Mikroskopen und Mikroskopaufhängungen. Optische Konfigurationen von Mikroskopen betreffen insbesondere die Konfiguration von Mikroskopkörper und Okularsystem. Der Mikroskopkörper umfasst üblicherweise ein Objektivsystem, das beispielsweise aus einem Vergrößerungssystem (z. B. ein Vergrößerungswechsler wie ein Galileiwechsler) und einem Hauptobjektiv mit einer (oder mehreren) patientenseitig liegenden Objektiv- oder Hauptlinse des Mikroskops besteht. Je nach Anwendung können Vergrößerungssysteme mehrere, beispielsweise 3-6, Vergrößerungsstufen oder ein ZOOM-System mit kontinuierlicher Einstellung der Vergrößerung bereitstellen. Das Hauptobjektiv kann beispielsweise als Vario-Objektiv mit verstellbaren Brennweiten ausgebildet werden. Das Okularsystem umfasst für jeden der beiden Teilstrahlengänge eine oder mehrere Okularlinsen mit den zugehörigen Tuben, die auch als Einblicktubus bezeichnet werden. Übliche Vergrößerungen von Mikroskopen mit Fernglas-System liegen im Bereich von 2,5-fach bis dreißigfach oder mehr. Eine komplexe optische Erweiterungsstruktur zwischen einem Spiegelkörper und einem Okular ist in der
CN 2 14 540 216 U bekannt.
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Es gibt verschiedene Mikroskopaufhängung, die z. B. an die verschiedenen Typen von Stativen für den Einsatz im jeweiligen medizinischen Umfeld angepasst sind. Üblich sind an einer Seite des Mikroskops angreifende und somit sich seitlich des Mikroskops erstreckende Aufhängungsmechaniken, die beispielsweise einen Bewegungsfreiheitsgrad in Form einer vor-zurück-Schwenkbewegung des Mikroskops für die Positionierung des Sichtfelds am Patienten bereitstellen. Beispielsweise zeigt
DE 10 2020 133 146 A1 eine seitliche Trägeranordnung mit einer Positionsanpassungseinheit.
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Sind Objektivsystem und Okularsystem eines Mikroskops starr miteinander verbunden, muss der Operateur mit seinem Kopf der Bewegung des Mikroskops folgen, wenn dieses bewegt wird. Hersteller derartiger Mikroskope umfassen neben der Anmelderin Jadent GmbH unter anderem die Firmen Zeiss AG, Leica Microsystems GmbH, Karl Kaps GmbH & Co. KG und Global Surgical Corporation.
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Die Erfinder haben Nachteile bekannter Mikroskopaufhängungen, insbesondere von seitlichen Aufhängungen, im medizinischen Einsatz erkannt, wie räumliche Beschränkungen in der Positionierung des Mikroskops und eine Präsenz von räumlichen Einschränkungen z. B. für die OP-Assistenz. So wurde allgemein erkannt, dass, insbesondere kostengünstige, Mikroskope benötigt werden, deren Sichtfeld sich möglichst einfach in Vorbereitung auf oder während der Behandlung/Operation positionieren lassen kann.
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Einem Aspekt dieser Offenbarung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen kompakten und kostengünstigen Aufbau eines Mikroskopsystems bereitzustellen, welcher eine flexible Einstellung der Position des Mikroskops und damit des Sichtfelds - möglichst im dreidimensionalen Raum - ermöglicht. Einem weiteren Aspekt dieser Offenbarung liegt die Aufgabe zugrunde, dass das Mikroskop den Bediener und das mitwirkende Personal möglichst wenig einschränken soll und/oder ein Austausch mit weiteren Personen bei der Untersuchung/Behandlung möglichst nicht behindert wird.
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Zumindest eine dieser Aufgaben wird gelöst durch ein medizinisches Mikroskop nach Anspruch 1 und durch ein Mikroskopsystem nach Anspruch 9. Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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In einem Aspekt weist ein medizinisches Mikroskop ein Mikroskopokularsystem mit einem Binokular, wobei das Binokular eine Einblickrichtung in das Mikroskop vorgibt, und einen Mikroskopkörper mit mindestens einer Objektivlinse zum Erfassen von Licht aus einem Sichtfeld, wobei der Mikroskopkörper zum Weiterleiten des Lichts zum Mikroskopokularsystem ausgebildet ist und eine Mikroskopachse aufweist, die sich vom Mikroskopkörper zum Sichtfeld erstreckt. Ferner weist das medizinische Mikroskop eine Mikroskopaufhängung zur Befestigung des Mikroskops an einem Trägersystem, wobei die Mikroskopaufhängung als Teil eines Kugelgelenksystems ausgebildet ist und in einem nicht-arretierten Zustand der Mikroskopaufhängung eine Rotierbarkeit des medizinischen Mikroskops um einen Bezugspunkt der Mikroskopaufhängung bereitstellt. Die Mikroskopaufhängung ist derart bezüglich eines Schwerpunkts des Mikroskops positioniert, dass bei einer Befestigung des Mikroskops am Trägersystems in einem nicht-arretierten Zustand der Mikroskopaufhängung der Mikroskopkörper eine Grundorientierung einnimmt, in der die Mikroskopachse in einer vorgegebenen Nutzbeobachtungsrichtung im dreidimensionalen Raum und die Einblickrichtung unter einem vorgegebenen Nutzwinkelbereich zu einer durch den Schwerpunkt und die Mikroskopaufhängung verlaufenden Aufhängungsachse verläuft.
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In einem Aspekt weist ein Mikroskopsystem ein Trägersystem, das insbesondere als Stand-, Wand- oder Deckenstativ oder als festmontiertes Trägersystem ausgebildet ist, und
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ein wie zuvor beschriebenes medizinische Mikroskop auf, das mit einer Mikroskopaufhängung des medizinischen Mikroskops am Trägersystem befestigt ist. Die Mikroskopaufhängung stellt insbesondere in einem nicht-arretierten Zustand eine mehrachsige Bewegungsfreiheit bereit, sodass das befestigte medizinische Mikroskop im nicht-arretierten Zustand eine Grundorientierung einnimmt, in der eine Mikroskopachse des medizinischen Mikroskops in einer vorgegebenen Nutzbeobachtungsrichtung im dreidimensionalen Raum, insbesondere in vertikaler Richtung nach unten oder in einem Winkelbereich von 0° bis 5° zur vertikalen Richtung schräg nach unten, verläuft und eine Einblickrichtung unter einem vorgegebenen Nutzwinkelbereich im Bereich von 0° bis 90°, insbesondere im Bereich von 25° bis 70°, zu einer durch den Schwerpunkt und die Mikroskopaufhängung verlaufenden Aufhängungsachse schräg nach unten verläuft.
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In einigen Ausführungsformen des medizinischen Mikroskops kann die Mikroskopachse parallel versetzt oder koaxial zur Aufhängungsachse verlaufen oder sie kann unter einem Winkel in einem Bereich von 0° bis 5° zur Aufhängungsachse oder in einem Bereich von 20° bis 90° zur Aufhängungsachse verlaufen. Alternativ oder zusätzlich kann der Nutzwinkelbereich Winkel im Bereich von 0° bis 90°, insbesondere im Bereich von 25° bis 70°, zur Aufhängungsachse umfassen.
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In einigen Ausführungsformen kann das medizinische Mikroskop ferner eine Schwerpunkttranslationseinheit aufweisen, die zwischen der Mikroskopaufhängung und dem Mikroskopkörper, insbesondere zwischen der Mikroskopaufhängung und einem Okulargrundkörper des Mikroskopokularsystems, angeordnet ist und für eine Translation des Mikroskopkörpers in eine oder zwei Richtungen, insbesondere zur Änderung einer Position des Schwerpunkts bezüglich der Mikroskopaufhängung, ausgebildet ist. Ferner kann die Schwerpunkttranslationseinheit ausgebildet sein zur Positionierung des Schwerpunkts des medizinischen Mikroskops hinsichtlich einer Anpassung der Grundorientierung an mindestens zwei Konfigurationen des medizinischen Mikroskops, die sich in der Lage des Schwerpunkts unterscheiden, sodass die Grundorientierung in den jeweils mindestens zwei Konfigurationen des medizinischen Mikroskops gemäß der vorgegebenen Nutzbeobachtungsrichtung im dreidimensionalen Raum im nicht-arretierten Zustand der Mikroskopaufhängung einstellbar ist.
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In einigen Ausführungsformen kann das Mikroskop mit mindestens einem Bewegungsfreiheitsgrad versehenen sein, der eine Ausrichtbarkeit der Mikroskopachse bezüglich des Mikroskopokularsystems bereitstellt, und die Grundorientierung in einer Grundeinstellung des medizinischen Mikroskops hinsichtlich des Bewegungsfreiheitsgrads vorliegt, wobei die Grundeinstellung eine durch den Freiheitsgrad ermöglichte Auslenkung in zwei gegenüberliegende Richtungen bereitstellt. Ferner kann die Aufhängungsachse des medizinischen Mikroskops in der Grundeinstellung des medizinischen Mikroskops definiert sein.
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In einigen Ausführungsformen kann die Mikroskopaufhängung am Mikroskopokularsystem und/oder am Mikroskopkörper angeordnet sein.
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In einigen Ausführungsformen kann das medizinische Mikroskop ferner ein opto-mechanisches System, das zwischen dem Mikroskopokularsystem und dem Mikroskopkörper angeordnet ist und mit dem Mikroskopkörper erfasstes Licht dem Binokular zuführt, aufweisen. Das opto-mechanische System kann für eine Schwenkbewegung des Mikroskopkörpers um eine Schwenkachse ausgebildet sein und eine erste Rotationseinheit für eine Rotationsbewegung des Mikroskopkörpers um eine durch die erste Rotationseinheit gegebene erste Rotationsachse aufweisen, wobei die erste Rotationsachse koaxial, parallel oder unter einem Winkel im Bereich von 0° bis 5° zu einem Abschnitt einer optischen Symmetrieachse von Teilstrahlengängen des Mikroskops verläuft, der durch die erste Rotationseinheit verlaufen kann.
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In einigen Ausführungsformen des Mikroskopsystems kann das Trägersystem einen Mikroskophalterungsarm umfassen, der an der Mikroskopaufhängung des Mikroskopokularsystems unter einem Winkel im Bereich von 0° bis 20° zu einer vertikalen Richtung, insbesondere vertikal von oben, angreift. Alternativ oder zusätzlich kann das Trägersystem ein Drehgelenk umfassen, das eine Rotierbarkeit des befestigten Mikroskops im arretierten Zustand der Mikroskopaufhängung bereitstellt, wobei eine Rotationsachse des Drehgelenks insbesondere koaxial oder parallel versetzt zur Nutzbeobachtungsrichtung, beispielsweise vertikal, verläuft.
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In einigen Ausführungsformen des Mikroskopsystems kann das Trägersystem unter einem Winkel im Bereich von 0° bis 90° zu einer vertikalen Richtung, insbesondere schräg von oben, an der Mikroskopaufhängung des Mikroskopokularsystems angreifen.
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Hierin werden Konzepte offenbart, die es erlauben, zumindest teilweise Aspekte aus dem Stand der Technik zu verbessern. Insbesondere ergeben sich weitere Merkmale und deren Zweckmäßigkeiten aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsformen anhand der Figuren. Von den Figuren zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Mikroskopsystems zur Verdeutlichung des erfinderischen Konzepts,
- 2 eine schematische Darstellung einer Umsetzung des erfinderischen Konzepts in einer weiteren Konfiguration eines medizinischen Mikroskops,
- 3 bis 5 schematische Darstellungen eines medizinischen Mikroskops mit unterschiedlichen Konfigurationen und mit angepasster Lage des Schwerpunkts und
- 6 bis 8 schematische Darstellungen zur Verdeutlichung einer beispielhaften Rotationseinheit und einer beispielhaften Schwenkeinheit.
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Die von den Erfindern vorgeschlagenen Konzepte ermöglichen Verlagerungen des Mikroskops bei nicht-arretierter Mikroskopaufhängung, im Wesentlichen ohne dass sich das Mikroskop eigenständig in seiner Lage im Raum ändert (Bewegungen des Mikroskops könnten aufgrund der angreifenden Schwerkraft eintreten).
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1 zeigt in einer schematischen Darstellung ein Mikroskopsystem 1, welches es einem Bediener 3 erlaubt, ein zu untersuchendes Sichtfeld 5 (beispielhaft kreisförmig in 1 angedeutet) mit einem medizinischen Mikroskop 9 unter Vergrößerung zu betrachten. Das Mikroskop 9 wird von einem Trägersystem 11 gehalten. Das Trägersystem 11 umfasst beispielsweise ein (Decken-, Wand-, Boden-) Stativ mit einem Hinterarm 11A und einem Federarm 11B. Das Stativ ist derart ausgebildet, dass das Mikroskop 9 im Raum in der Höhe (Z-Richtung) sowie in der horizontalen Ebene (X- und Y-Richtung, hier die Ebene in der sich das Sichtfeld 5 erstreckt) bezüglich eines zu untersuchenden/zu behandelnden Patienten möglichst frei (grob) positioniert werden kann (grobmotorische Bewegungen).
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Eine Nutzbeobachtungsrichtung N zum zu untersuchenden/zu behandelnden Patienten erstreckt sich vom Mikroskop 9 zum Sichtfeld 5.
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Die Mikroskopaufhängung des Mikroskops 9 ist als Teil eines Kugelgelenksystems 15 (d.h., als mehrachsiges Gelenk zur freien Einstellung um Freiheitsgrade bezüglich mehrerer (drei) Achsen) ausgebildet. In 1 ist die Mikroskopaufhängung eine Kugel 15A des Kugelgelenksystems 15. Die Mikroskopaufhängung bildet mit einem zweiten Teil des Kugelgelenksystems 15 (hier eine Kugelführung 15B am Federarm 11B) allgemein eine Aufhängungsvorrichtung mit mehreren Bewegungsfreiheitsgraden. Die freie Beweglichkeit der Kugel in der Kugelführung entspricht einer freien Bewegung um drei orthogonale Rotationsachsen. Die Aufhängungsvorrichtung ist zur lösbaren Befestigung des Mikroskops 9 am Trägersystem 11 vorgesehen, die in einem nicht-arretierten Zustand die Bewegungsfreiheitsgrade freigibt und in einem arretierten Zustand eine fixierte Befestigung des Mikroskops 9 am Trägersystem 11 darstellt. Alternativ kann eine invertierte Anordnung des Kugelgelenksystems 15 mit einer Kugel am Federarm 15 vorgesehen werden.
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Allgemein können das Kugelgelenksystem 15 und optional die Mechanik des Trägersystems 11 (z. B. mechanisch oder magnetisch) arretiert werden. Dies erlaubt es, dass, sobald eine gewünschte Position des Mikroskops 9 erreicht wurde, eine weitere Bewegung des Mikroskops 9 verhindert wird.
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Im nicht-arretierten Zustand des Kugelgelenksystems 15 wird sich das Mikroskop 9 im Raum mit einem Schwerpunkt S des Mikroskops 9 unter einem Bezugspunkt des Kugelgelenksystems 15 (Mittelpunkt M der Kugel) ausrichten. Diese von sich selbst eingenommene (ausbalancierte) Lage des Mikroskops 9 im dreidimensionalen Raum bei einem nicht-arretierten Zustand des Kugelgelenksystems 15 wird hierin als Grundorientierung des Mikroskops 9 bezeichnet. In der Grundorientierung definieren der Schwerpunkt S und der Mittelpunkt M eine Aufhängungsachse 17. Das Kugelgelenksystem 15 ermöglicht die Einnahme der Grundorientierung unabhängig vom Trägersystem 11, d.h., beispielsweise sowohl im Fall einer schrägen, z. B. unter einem 60°-Angriffswinkel bezüglich der horizontalen Ebene ansetzenden Mikroskophalterung als auch im Fall einer vertikal von oben ansetzenden Mikroskophalterung. 1 zeigt das Mikroskop 9 in seiner Grundorientierung für eine schräg ansetzende Mikroskophalterung; die 2 bis 5 zeigen Mikroskope in der Grundorientierung für eine vertikal ansetzende Mikroskophalterung (Vertikalhalterung).
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In 1 umfasst das Mikroskop 9 ferner ein Okularsystem 19 mit einem Binokular 19A und einem Grundkörper 19B, wobei an dem Grundkörper 19B auch die Kugel 15A des Kugelgelenksystems 15 vorgesehen ist. Eine Einblickrichtung 20 in das Binokular 19A ist somit beispielsweise bezüglich des Bezugspunkts des Kugelgelenksystems 15 und damit der Aufhängungsachse 17 gegeben.
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Das Mikroskop 9 umfasst ferner einen Mikroskopkörper 21 mit mindestens einer Objektivlinse 22 zum Erfassen von Licht aus dem Sichtfeld 5. 1 zeigt eine Mikroskopachse 21A, die sich vom Mikroskopkörper 21 zum Sichtfeld 5 erstreckt (insbesondere vom Zentrum der Objektivlinse 22 zum Zentrum des Sichtfelds 5).
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Der Mikroskopkörper 21 ist über eine schematisch dargestellte optische Einheit 23 am Grundkörper 19B angebracht. Der Mikroskopkörper 21 und die optische Einheit 23 sind zum Weiterleiten des erfassten Lichts zum Mikroskopokularsystem 19 ausgebildet.
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Ist der Mikroskopkörper 21, beispielsweise über die optische Einheit 23, starr mit der Mikroskopaufhängung verbunden, ist die Mikroskopachse 21A bezüglich des Bezugspunkts des Kugelgelenksystems 15 räumlich festgelegt.
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Zusätzlich kann eine Einstellbarkeit des Mikroskopkörpers 21 vorliegen, indem beispielsweise eine opto-mechanische Einheit 23' mit mindestens einem Bewegungsfreiheitsgrad den Mikroskopkörper 21 mit der Mikroskopaufhängung verbindet (siehe 2). In diesem Fall kann dem Mikroskop 9 eine Grundeinstellung zugeordnet werden, in der die Mikroskopachse 21A bezüglich des Bezugspunkts des Kugelgelenksystems 15 räumlich festgelegt ist.
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Wird allgemein eine Ausrichtbarkeit der Mikroskopachse 21A bezüglich des Mikroskopokularsystems 19 und der Mikroskopaufhängung in einem Bewegungsfreiheitsgrad bereitgestellt, liegt die Grundorientierung üblicherweise in der Grundeinstellung des medizinischen Mikroskops 9 hinsichtlich des Bewegungsfreiheitsgrads derart vor, dass die Grundeinstellung eine durch den einen Bewegungsfreiheitsgrad ermöglichte Auslenkung in zwei gegenüberliegende Richtungen bereitstellt. Üblicherweise wird als Grundeinstellung eine zentrale Ausrichtung der Mikroskopachse 21A bezüglich des Bewegungsfreiheitsgrads vorgesehen. Liegt beispielsweise die Grundeinstellung in einem mittleren Bereich eines mit dem opto-mechanischen System 23' bereitgestellten Bewegungsfreiheitsgrads, kann dem Bediener ausgehend von der Grundeinstellung ein ausreichendes Ausmaß einer Bewegung in beide Richtungen des Freiheitsgrads bereitgestellt werden. In der Grundeinstellung des Mikroskops 9 kann auch eine gewünschte Einblickrichtung in das Binokular 19A vorliegen.
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Für das Positionieren des Mikroskops 9 und damit des Sichtfelds 5 werden üblicherweise am Mikroskopkörper 21, beispielsweise seitlich am Mikroskopkörper 21, Handgriffe 25 angebracht. 1 zeigt ferner einen Mundschalter 27, der beispielsweise zur Ansteuerung eines Antriebs des Mikroskops 9, insbesondere des Mikroskopkörpers 21, und/oder einer Arretierung des Kugelgelenksystems 15 oder des Trägersystems 11 und/oder einer Autofokusfunktion vom Bediener 3 betätigt werden kann.
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Die Nutzbeobachtungsrichtung N ist durch die dem Mikroskop 9 zugeordnete Mikroskopachse 21A, insbesondere in der Grundeinstellung bei einem räumlich einstellbaren Mikroskopkörper, gegeben. In der Nutzbeobachtungsrichtung N stellen medizinische Mikroskope je nach Fachrichtung unterschiedliche Arbeitsabstände zwischen Mikroskopkörper und Sichtfeld bereit. Beispielsweise liegt der Arbeitsabstand einer senkrecht zur Mikroskopachse 21A verlaufenden Fokusebene des Mikroskops, in der das Sichtfeld 5 liegt, zur Objektivlinse 22 des Mikroskopkörpers 21 in der Ophthalmologie im Bereich von f=175-200 mm oder in der Neurochirurgie im Bereich von f=300-420 mm.
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Wie bereits angesprochen zeigt 2 eine Ausführungsform einer Vertikalhalterung mit einer Befestigung des Mikroskops 9 an einem Mikroskophalterungsarm 29, der sich unterhalb des Federarms 11B in senkrechter Richtung erstreckt; allgemein kann sich der Mikroskophalterungsarm 29 unter einem Winkel im Bereich von 0° (von oben) bis 20° zu einer vertikalen Richtung erstrecken.
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Neben dem am Ende des Mikroskophalterungsarms 29 angeordneten Kugelgelenksystem 15 ist in dem Mikroskophalterungsarm 29 ein weiterer Rotationsfreiheitsgrad mit einem (insbesondere arretierbaren) Drehgelenk 30 vorgesehen. Das Drehgelenk 30 erlaubt es, das montierte Mikroskop 9 bei arretiertem Kugelgelenk 15 um eine Rotationsachse zu drehen. Die Rotationsachse verläuft - z. B. wie die lineare Erstreckung des Mikroskophalterungsarms 29 - in vertikaler (Z-) Richtung. Unter Beibehalten der Lage der Fokusebene und der Nutzbeobachtungsrichtung N und bei einer hinsichtlich der Vertikalen unveränderten Einblickrichtung in das Binokular 19A kann somit die Orientierung des Bedieners 3 in der X-Y-Ebene zum zu untersuchenden/zu behandelnden Patienten variiert werden. Eine beispielhafte Anwendung Die der damit einhergehenden Ausrichtung des Sichtfelds auf eine zu erfassende Geometrie; ist die Keratoplastik in der Ophthalmologie.
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In den beispielhaft in den Figuren gezeigten Ausführungsformen ist das Binokular 19A über den Grundkörper 19B und die Mikroskopaufhängung (hier das Kugelgelenksystem 15) mit dem Trägersystem 11 im arretierten Zustand fest verbunden; eine ortsfeste Position des Binokulars 19A zum Trägersystem 11 (und damit zum Patienten) liegt vor. Die Einblickrichtung kann schräg nach unten unter einem Winkel zur horizontalen Ebene z. B. im Bereich von 10° bis 45° oder im Bereich von -10° bis 50° oder von ±10° verlaufen. Beispielsweise kann eine feste Ausrichtung der Einblickrichtung 20 in das Binokular, beispielsweise unter 20° oder 45° zur horizontalen Ebene, vorgesehen werden. Alternativ kann ein für die Ausrichtung der Einblickrichtung vorgesehener einstellbarer Winkel bezüglich der horizontalen Ebene vorgesehen werden, beispielsweise mit einem über einen Okularschwenktubus einstellbaren Binokular.
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In den in den 2 bis 5 gezeigten Ausführungsformen wird der Mikroskopkörper 21 am Grundkörper 19B mit dem opto-mechanischen System 23' befestigt. Die - wenn auch eingeschränkte - Ausrichtbarkeit des Mikroskopkörpers 21 relativ zum Okularsystems 19 ermöglicht es, das Sichtfeld 5 im Rahmen der Behandlung/Operation bei im Raum fixiertem Binokular 19A (Kugelgelenksystem 15 ist arretiert) nachzuführen. Hierzu wird die Mikroskopachse 21A beispielsweise aus der vertikalen Richtung mithilfe des opto-mechanischen Systems 23' abgelenkt.
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2 zeigt ferner die Grundorientierung des Mikroskops 9 bei der mit dem opto-mechanischen System 23' eingenommenen Grundeinstellung; d. h., es liegen eine vertikale Aufhängungsachse 17 und eine Ausrichtung der Mikroskopachse 21A gemäß der Nutzbeobachtungsrichtung N vor. Entsprechend ist die Lage der Mikroskopachse 21A zum Binokular 19A (und damit zur Einblickrichtung in das Binokular 19A) sowie zur Mikroskopaufhängung festgelegt. Beispielsweise verläuft in 2 für das montierte Mikroskop 9 die Mikroskopachse 21A - in der gezeigten Grundorientierung und Grundeinstellung - senkrecht (in Z-Richtung) und die Fokusebene verläuft horizontal in der X-Y-Ebene.
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Das in 2 angedeutete opto-mechanische System 23' entkoppelt die Lage des Sichtfelds des Mikroskops 9 von der Position des Okularsystems 19 im Raum. Ein Ziel ist es, dass bei fester Position des Okularsystems 19 in einem eingeschränkten Ausmaß eine Verlagerung des Sichtfelds in der Fokusebene mithilfe von Schwenk- und Rotations- (Pivot-) Bewegungen des Mikroskopkörpers 21 möglich ist. Die Verlagerung des Sichtfelds über das zu untersuchende/behandelnde Objekt erfolgt, ohne dass der Bediener 29 eine zu Beginn einer Untersuchung/Behandlung eingenommene Haltung bezüglich der von ihm festgelegten Position des Okularsystems 19 im Raum während der Untersuchung/Behandlung ändern muss.
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Eine Schwenkeinheit erlaubt eine Schwenkbewegung um eine Schwenkachse (auch als Kippen bezeichnet), wobei die Schwenkachse quer zu einem der Schwenkeinheit zugeordneten Abschnitt einer optischen Symmetrieachse verläuft. Eine Rotationseinheit erlaubt eine Rotationsbewegung um eine Rotationsachse, die koaxial oder parallel versetzt oder im Wesentlichen parallel, d. h. mit einer Winkelabweichung von wenigen Grad, beispielsweise Abweichungen im Bereich von 0° bis 5°, zu einem der Rotationseinheit zugeordneten Abschnitt der optischen Symmetrieachse verläuft.
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Die Verlagerung des Sichtfelds kann beispielsweise linear (beispielhaft in 2 basierend auf einem Freiheitsgrad einer Schwenkeinheit 31) erfolgen. Zur Verdeutlichung ist in 2 eine Schwenkbewegung des Mikroskopkörpers 21 um eine Schwenkachse 31A mit einem Pfeil 31B angedeutet. Die Schwenkbewegung geht einher mit einer vor-zurück-Verlagerung des Sichtfelds, wobei die Schwenkachse 31A beispielhaft in 2 orthogonal und allgemein in einem Winkelbereich von 75° bis 105° zur Mikroskopachse 21A ausgerichtet sein kann.
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Ferner kann die Verlagerung des Sichtfelds entlang einer Kreisbahn (beispielhaft in 2 basierend auf einem Freiheitsgrad einer ersten Rotationseinheit 33, Pfeil 33B) erfolgen. Die erste Rotationsachse 33A kann zur Mikroskopachse 21A in einer Grundeinstellung des Mikroskops 9 in einem Winkelbereich von 25° bis 90° ausgerichtet sein. Man erkennt ferner, dass bei einer Rotationsbewegung um die erste Rotationsachse 33A eine Ausrichtung der ersten Rotationsachse 33A zur Mikroskopachse 21A unverändert bleibt. In 2 erkennt man ferner, dass die Schwenkeinheit 31 mittels der ersten Rotationseinheit 33 am Okulargrundkörper 19B befestigt ist, sodass die erste Rotationseinheit 33 für eine Rotationsbewegung der Schwenkeinheit 31 - und damit des an der Schwenkeinheit 31 befestigten Mikroskopkörpers 21 - um die erste Rotationsachse 33A ausgebildet ist. Entsprechend ändert sich bei einer Schwenkbewegung um die Schwenkachse 31A die Ausrichtung der ersten Rotationsachse 33A zur Mikroskopachse 21A.
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Das opto-mechanische System 23' kann als einen weiteren Freiheitsgrad eine Rotation der Mikroskopeinheit um eine Achse, beispielsweise die optische Achse des Mikroskopkörpers 21, basierend auf einem Freiheitsgrad einer zweiten Rotationseinheit 35 einführen (Pfeil 35B). Mit dieser Möglichkeit einer Rotation der Mikroskopeinheit kann die Mikroskopeinheit (beispielsweise aus Platz- oder Zugriffsgründen), in der hierin beschriebenen Ausführungsform der Rotationseinheit ohne wesentliche Änderung des erfassten Bildes, gedreht werden.
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Eine Kombination der mehrdimensionalen Verlagerung mithilfe des opto-mechanischen Systems mit einer Ausrichtung des Sichtfelds 5 mithilfe der hierin beschriebenen Aufhängung mit dem Kugelgelenksystem 15 kann zu einem aus dem Stand der Technik nicht bekannten Grad an Flexibilität, Ergonomie und Bedienungskomfort führen.
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Beispielsweise kann die Ausrichtung der Mikroskopachse 21A im Raum für eine Untersuchung oder Operation zusätzlich durch die Stellung der Mikroskopaufhängung variiert werden. Dies kann nach einer Positionierung des Mikroskops in der Grundorientierung erfolgen und verlangt die entsprechende Ausrichtung des Mikroskops 9. Hierzu muss die Mikroskopaufhängung in der entsprechenden Stellung arretiert werden können. Ist ferner das Binokular 19A mit Bewegungsfreiheitsgraden versehen, ergibt sich die Ausrichtung der Mikroskopachse 21A bezüglich des Binokulars 19A zusätzlich durch die Ausrichtung des Binokulars 19A.
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Erfindungsgemäß nimmt der Mikroskopkörper 21 in einem nicht-arretierten Zustand der Mikroskopaufhängung die Grundorientierung ein, in der die Mikroskopachse 21A in einer vorgegebenen Nutzbeobachtungsrichtung N im dreidimensionalen Raum und die Einblickrichtung 20 unter einem vorgegebenen Nutzwinkelbereich zu der durch den Schwerpunkt S und die Mikroskopaufhängung verlaufenden Aufhängungsachse 17 verläuft. Dabei ist die Konfiguration des Binokulars 19A und des (einstellbaren) Mikroskopkörpers 21 derart gewählt, dass eine gewünschte Einblickrichtung in das Binokular 19A (gegebenenfalls bei einer vorbestimmten Ausrichtung des Binokulars 19A) und eine gewünschte Nutzbeobachtungsrichtung N gegeben ist.
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Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform ist in der Grundorientierung beispielsweise das Mikroskop 9 mit seiner Nutzbeobachtungsrichtung parallel versetzt zu einer durch den Schwerpunkt S und die Mikroskopaufhängung verlaufenden Aufhängungsachse ausgerichtet.
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Für die in 2 gezeigte Ausführungsform ist die Grundeinstellung so gewählt, dass bei nichtarretiertem Kugelgelenk 15 die Nutzbeobachtungsrichtung N des Mikroskops 9, die Aufhängungsachse 17 und optional eine Rotationsachse des Drehgelenk 30 koaxial verlaufen, beispielhaft in 2 vertikal in Z-Richtung.
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Die in den 1 und 2 gezeigten Aufhängungen setzen als zentrale Aufhängungen mittig am Mikroskop 9 an. Insbesondere kann eine zentrale Aufhängung als eine, wie in 2 gezeigte, senkrecht nach oben verlaufende Vertikalaufhängung ausgeführt werden. Derartige Aufhängungen ermöglichen es, dass an den Seiten des Mikroskopkörpers 9 die Sicht nicht durch hervorstehende Komponenten der Aufhängung eingeschränkt wird. Ein direkter Blickkontakt kann wesentlich zu einer klareren Kommunikation beitragen und bietet somit Vorteile im Ablauf der Untersuchung/Behandlung. Eine Vertikalaufhängung kann ferner den Vorteil aufweisen, dass die mechanische Achse der Vertikalaufhängung und die Mikroskopachse 21A in der Grundeinstellung des Mikroskops 9 parallel versetzt zueinander (siehe z. B. 1 oder 3) oder koaxial (siehe 2) verlaufen können.
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Die 3 bis 5 verdeutlichen eine Ausführungsform des Mikroskops 9, bei der zusätzlich eine Schwerpunkttranslationseinheit 41 vorgesehen ist, die zwischen der Mikroskopaufhängung (Kugel 15A) und dem Mikroskopkörper 21 angeordnet ist. Insbesondere ist die Schwerpunkttranslationseinheit 41 bei der gezeigten Ausführungsform zwischen der Kugel 15A und dem Okulargrundkörper 19B des Mikroskopokularsystems 19 angeordnet. Die Schwerpunkttranslationseinheit 41 ist für eine Translation (relative Translationsbewegung zwischen Kugel 15A und Mikroskopkörper 21) in eine oder zwei Richtungen ausgebildet und ermöglicht so insbesondere die Änderung einer Position des Schwerpunkts S bezüglich der Mikroskopaufhängung. Allgemein ist die Schwerpunkttranslationseinheit 41 dazu ausgebildet, den Schwerpunkt S des medizinischen Mikroskops 9 zu positionieren. Die Variationsmöglichkeit der Position des Schwerpunkts führt zu einer Anpassbarkeit der (ausbalancierten) Grundorientierung an spezifische Konfigurationen des Mikroskops 9, wie in Zusammenhang mit den 4 und 5 anhand von zwei Beispielen näher erläutert wird.
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Die in 3 gezeigte Konfiguration entspricht - mit Ausnahme des Dehlens des Drehgelenks 30 und der zusätzlich vorgesehenen Schwerpunkttranslationseinheit 41 - der in 2 schematisch gezeigten und vorausgehend beschriebenen Ausführungsform.
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Die in 4 gezeigte Konfiguration unterscheidet sich von der Konfiguration der 3 darin, dass eine zusätzliche optische Komponente, beispielsweise eine Kamera 43, am Mikroskopkörper 21 vorgesehen ist, was zu einer anderen über die Mikroskophalterung am Trägersystem 11 befestigten Masseverteilung führt. Ohne Eingriff in die Lage des Schwerpunkts S mit der Schwerpunkttranslationseinheits 41 richtet sich das Mikroskop 9 derart neu aus, dass die Beobachtungsrichtung nicht mehr in die gewünschte Nutzbeobachtungsrichtung N (in Z-Richtung) verläuft.
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Verschiebt die Schwerpunkttranslationseinheit 41 den Mikroskopkörper 21 relativ zum Kugelgelenksystem (in 4 greift der Grundkörper 19B nicht mehr mittig in die Schwerpunkttranslationseinheit 41 ein), kann die gewünschte Ausrichtung der Nutzbeobachtungsrichtung wieder hergestellt werden. Insbesondere erkennt man, dass in 4 die Nutzbeobachtungsrichtung N leicht parallel verletzt zur Aufhängungsachse 17 verläuft. Entsprechend kann die Grundorientierung im nicht-arretierten Zustand der Mikroskopaufhängung für beide Konfigurationen des medizinischen Mikroskops 9 der 3 und 4 gemäß der vorgegebenen/gewünschten Nutzbeobachtungsrichtung N im dreidimensionalen Raum eingestellt werden.
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Die in 5 gezeigte Konfiguration unterscheidet sich von der Konfiguration der 3 darin, dass eine nicht-vertikale Nutzbeobachtungsrichtung N eingestellt ist, bei gleicher Einblickrichtung 20. Mit anderen Worten soll der Mikroskopkörper 21 mit einer zur vertikalen Richtung gekippten Mikroskopachse 21A (und einer entsprechend ausgerichteten Nutzbeobachtungsrichtung N) im nicht-arretierten Zustand des Kugelgelenksystems 15 bezüglich des zu untersuchenden/zu behandelnden Patienten positioniert werden. Hierzu wird zum einen die Schwenkeinheit 31 etwas aufgeklappt und zum anderen verschiebt die Schwerpunkttranslationseinheit 41 den Mikroskopkörper 21 relativ zum Kugelgelenksystem (auch in 5 greift der Grundkörper 19B nicht mehr mittig in die Schwerpunkttranslationseinheit 41 ein), sodass die gewünschte Ausrichtung der Nutzbeobachtungsrichtung N bei unveränderter Einblickrichtung 20 bewirkt wird.
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6 zeigt schematisch eine als Interface einsetzbare Rotationseinheit, die zwei zueinander um einen Abschnitt 10A der Symmetrieachse rotierbare Hälften 63A, 63B umfasst (Pfeil 17, siehe auch 2). Jede der Hälften umfasst ein Paar von Öffnungen 65 für die binokularen Teilstrahlengänge 61A, 61B. Die Öffnungen 65 sind in 6 beispielhaft kreisförmig angedeutet, sind aber in der Form nicht beschränkt und können so auch z. B. oval, eckig oder bananenförmig um die Rotationsachse verlaufend (gegebenenfalls mit weiteren Blenden im Strahlengang) ausgebildet werden. Die Öffnungen 65 beschränken das jeweils den beiden Teilstrahlengängen 61A, 61B zugeordnete, d. h. durch die Rotationseinheit transmittierte, erfasste Licht. In einer Grundstellung der Mikroskopeinheit können die Öffnungen 65 z. B. zueinander derart ausgerichtet sein, dass beispielsweise ein maximaler Überlapp, und damit ein minimaler Lichtverlust, vorliegt. Im in 6 gezeigten Rotationswinkel erkennt man, dass die Paare von Öffnungen 65 zueinander verdreht sind, jedoch der Überlapp der Öffnungen noch groß genug ist, um ausreichend Bildinformation durchzulassen. Je nach benötigter Verlagerung des Sichtfelds (welche u. a. auch abhängig von Aufbau und Arbeitsabstand des Mikroskops ist) können Rotationswinkel im Bereich von ±20° (oder mehr) oder von ±10° oder von ±5° in jeder Rotationsrichtung bei einem tolerierbaren Lichtverlust (im Rahmen einer eine Operation nicht einschränkende Beschneidung des Sichtfelds) vorgesehen werden.
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7 zeigt schematisch einen beispielhaften optischen Aufbau einer als Interface einsetzbaren Schwenkeinheit. Man erkennt optische Komponenten 71A, 71B (z. B. verspiegelte Prismen/Dachkantenprismen) von zwei den Teilstrahlengängen 61A, 61B zugeordneten Umlenkprismensystemen 71 (siehe auch 8 bezüglich eines Verlaufs des Strahlengangs 61A im Umlenkprismensystem des Teilstrahlengangs 61A). Die optischen Komponenten 71 werden in einem Gehäuse (nicht gezeigt) gehalten, dass eine mit einer die angedeuteten Rotationen (Pfeile 73) erlaubenden Mechanik aufweist. Die Mechanik erlaubt ein Ablenken des übergeordneten Verlaufs der Teilstrahlengänge 61A, 61B um eine Schwenkachse 31A (siehe auch 2). Die Ablenkung geht einher mit einem Schwenken der Mikroskopeinheit bezüglich des Okularoptiksystems um die Schwenkachse 31A und wird in 7 durch einen Pfeil 31B und einen gewinkelten Verlauf der Symmetrieachse (Abschnitte 10B, 10C) gezeigt, wobei die Schwenkachse 31A beispielhaft orthogonal zu den Abschnitten 10B, 10C der Symmetrieachse verläuft. Beispielsweise können die beiden für jeden der Teilstrahlengänge angedeuteten Rotationen gekoppelt sein, insbesondere gegengleich durchgeführt werden. Die optischen Komponenten sind derart (in einem möglichst kompakten Aufbau) ausgebildet und zueinander angeordnet, dass im gewünschten Ablenkungswinkelbereich der erfasste Lichtstrahl im Wesentlichen vollständig durch die Umlenkprismensysteme 71 geführt wird. Ablenkwinkel im Bereich von ±20° (oder auch mehr wie bis zu einigen 10° können möglich sein), wobei auch für die Schwenkeinheit der Ablenkwinkelbereich und die damit erreichbare Verlagerung des Sichtfelds u. a. von Aufbau und Arbeitsabstand des Mikroskops abhängig ist. Ferner kann die Schwenkeinheit auch eine Abfolge von derartigen Umlenkprismensystemen hinsichtlich einer größeren Flexibilität der Strahlführung aufweisen.
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Eine Verwendung von Prismensystemen (oder allgemein auch Spiegel-basierte oder Prismen und Spiegel kombinierende Aufbauten) im opto-mechanischen System, insbesondere im Rahmen der Schwenkeinheit, kann ferner eine Reduzierung oder sogar Vermeidung von Abbildungsfehlern (wie eine Vignettierung oder ein Beschneiden des Lichtstrahls) und von Doppelbildern erlauben.
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Aus der vorhergehenden Beschreibung erkennt man die vielfältigen Möglichkeiten zur Verlagerung und Ausrichtung des Sichtfelds des Mikroskops, insbesondere unter Verwendung der beschriebenen Komponenten, der Mikroskophalterung, des opto-mechanischen Systems, des Drehgelenks 30 und/oder der Schwerpunkttranslationseinheit 41. Bei der Verwendung des erfindungsgemäßen Mikroskops ergibt sich eine hohe Ergonomie für den Bediener des Mikroskops. Die hierin offenbarten Konzepte erlauben dem Bediener auf einfache Weise eine (Erst-) Positionierung des Mikroskops vorzunehmen, z. B. für eine ergonomische Sitz-/Stehposition, die dieser auch bei über Stunden andauernden Operationen entspannt beibehalten kann. Das erfinderische Konzept erlaubt es dabei, dass das Mikroskop ohne größere Schwerkraft-bedingte Bewegungsausschläge im dreidimensionalen Raum positioniert werden kann.
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Es wird explizit betont, dass alle in der Beschreibung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale als getrennt und unabhängig voneinander zum Zweck der ursprünglichen Offenbarung ebenso wie zum Zweck des Einschränkens der beanspruchten Erfindung unabhängig von den Merkmalskombinationen in den Ausführungsformen und/oder den Ansprüchen angesehen werden sollen. Es wird explizit festgehalten, dass alle Bereichsangaben oder Angaben von Gruppen von Einheiten jeden möglichen Zwischenwert oder Untergruppe von Einheiten zum Zweck der ursprünglichen Offenbarung ebenso wie zum Zweck des Einschränkens der beanspruchten Erfindung offenbaren, insbesondere auch als Grenze einer Bereichsangabe.