Die
Erfindung betrifft eine variable optische Anordnung, ein optisches
System, insbesondere ein Stereo-Mikroskopiesystem. Insbesondere
betrifft die Erfindung eine solche variable optische Anordnung, welche
in der Lage ist, ein diese durchsetzendes Strahlenbündel abzulenken,
so daß eine
Richtung eines Schwerstrahls des in die Anordnung eintretenden Strahlenbündels verschieden
ist von einer Richtung des Schwerstrahls des aus der Anordnung austretenden
Strahlenbündels.The
The invention relates to a variable optical arrangement, an optical one
System, in particular a stereo microscopy system. Especially
The invention relates to such a variable optical arrangement, which
is able to distract a beam passing through them,
so that one
Direction of a heavy beam of the entering into the array beam different
is from a direction of the heavy jet of the emerging from the assembly
Beam.
Die
Erfindung betrifft insbesondere auch ein solches abbildendes optisches
System, welches als Operationsmikroskop und hierbei insbesondere
als Stereo-Operationsmikroskop
ausgebildet ist.The
In particular, the invention also relates to such an imaging optical
System, which as a surgical microscope and this particular
as a stereo surgical microscope
is trained.
Aus DE 103 30 581 A1 und DE 198 56 696 A1 sind
Stereo-Mikroskopiesysteme
bekannt, welche ein Stereo-Operationsmikroskop
und ein Stativ mit mehreren aneinander angelenkten Stativgliedern umfassen.
Die Stativglieder sind gelenkig miteinander verbunden, so daß das Stereo-Operationsmikroskop
durch einen Benutzer relativ zu einem Operationsfeld in eine gewünschte Position
verlagert werden kann. Ist diese Position erreicht, werden Bremsen
in den Gelenken aktiviert, um diese Position zu fixieren. In manchen
Situationen ist es gewünscht,
das durch das Stereo-Operationsmikroskop
abgebildete Objektfeld relativ zu dem Operationsfeld nur geringfügig lateral
zu verlagern. Ein Lösen
der Bremsen und Bewegen des Operationsmikroskops re lativ zu dem Operationsfeld
unter Ausnutzung der Gelenkigkeit des Stativs führt zu einer Neupositionierung
des Stereo-Operationsmikroskops relativ zu dem Objektfeld, wozu
der Benutzer beide Hände
einsetzen muß und dabei
Schwierigkeiten hat, die gewünschte
kleine laterale Verlagerung feinfühlig auszuführen. Deshalb weisen die genannten
Stereo-Operationsmikroskopiesysteme eine mechanisch-motorische Verlagerungseinrichtung
auf, welche zwischen dem Stereo-Operationsmikroskop und dem Stativ
eingefügt ist,
um durch einen ansteuerbaren Antrieb das Stereo-Operationsmikroskop
relativ zu dem Operationsfeld lateral verlagern zu können, ohne
hierbei die Bremsen in den Gelenken des Stativs lösen zu müssen und
die relative Ausrichtung der Stativglieder zueinander ändern zu
müssen.
Diese Verlagerungseinrichtung hat allerdings den Nachteil, daß sie technisch
aufwendig ist und aufgrund ihres Eigengewichts ein vergleichsweise
aufwendigeres und stabileres Stativ notwendig macht.Out DE 103 30 581 A1 and DE 198 56 696 A1 Stereo microscopy systems are known, which include a stereo surgical microscope and a tripod with a plurality of articulated tripod members. The tripod members are hinged together so that the stereo-surgical microscope can be displaced by a user relative to an operating field to a desired position. When this position is reached, brakes in the joints are activated to fix this position. In some situations, it is desirable to shift the object field imaged by the stereo-surgical microscope only slightly laterally relative to the surgical field. Releasing the brakes and moving the surgical microscope re lative to the surgical field taking advantage of the articulation of the tripod leads to a repositioning of the stereo surgical microscope relative to the object field, for which the user must use both hands and has difficulties, the desired small lateral displacement sensitive perform. Therefore, said stereo-surgery microscopy systems have a mechanical-motor displacement device, which is inserted between the stereo-surgical microscope and the tripod to move laterally by a controllable drive, the stereo-surgical microscope relative to the surgical field without breaking the brakes in the To have to solve joints of the tripod and to change the relative orientation of the tripod links to each other. However, this displacement device has the disadvantage that it is technically complex and, due to its own weight, makes a comparatively more elaborate and more stable tripod necessary.
Aus US 5,731,896 ist ein Operationsmikroskop
bekannt, welches in seinem Strahlengang eine variable optische Anordnung
aufweist, um durch zum Beispiel Erschütterungen bedingte Verlagerungen des
Mikroskops relativ zu einem beobachteten Objekt optisch so zu kompensieren,
daß das
Objekt für einen
Betrachter als stationäres
Bild erscheint. Hierzu ist eine Objektivlinse des Mikroskops mittels
Aktuatoren lateral zum Strahlengang verlagerbar ausgestaltet. Die
Aktuatoren werden in Abhängigkeit
von einer mittels Beschleunigungssensoren erfaßten Beschleunigung angesteuert.Out US 5,731,896 For example, a surgical microscope is known which has a variable optical arrangement in its beam path in order to optically compensate for, for example, shock-induced displacements of the microscope relative to an observed object in such a way that the object appears as a stationary image for a viewer. For this purpose, an objective lens of the microscope by means of actuators laterally to the beam path designed to be displaceable. The actuators are driven in response to an acceleration detected by means of acceleration sensors.
Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine variable optische
Anordnung vorzuschlagen, welche einen vergleichsweise einfachen
mechanischen Aufbau aufweist und insbesondere mechanische Verlagerungen
erzeugende Antriebe, wie etwa einen Linearmotor, nicht benötigt.It
It is an object of the present invention to provide a variable optical
To propose arrangement, which is a comparatively simple
having mechanical structure and in particular mechanical displacements
generating drives, such as a linear motor, not needed.
Ferner
ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein abbildendes
optisches System bereitzustellen, welches in der Lage ist, in einem
Strahlengang des Systems eine laterale Verlagerung zu erzeugen.
Ferner ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Stereo-Operationsmikroskop
bereitzustellen, welches in der Lage ist, in einem Strahlengang
des Systems eine laterale Verlagerung zu erzeugen.Further
It is an object of the present invention, an imaging
To provide optical system, which is able in one
Beam path of the system to produce a lateral displacement.
Further, it is an object of the present invention to provide a stereo surgical microscope
to provide, which is capable of, in a beam path
of the system to produce a lateral displacement.
Weiter
ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Stereo-Operationsmikroskopiesystem mit
einem Stereo-Operationsmikroskop und einem das Stereo-Operationsmikroskop
halternden Stativ vorzuschlagen, bei welchem eine laterale Verlagerung
eines durch das Stereo-Operationsmikroskop abgebildeten Objektfeldes
relativ zu einem Operationsfeld erleichtert ist.Further
It is an object of the present invention to provide a stereo surgical microscopy system
a stereo surgical microscope and a stereo surgical microscope
to propose a supporting tripod, in which a lateral displacement
an object field imaged by the stereo-surgical microscope
relative to a surgical field is facilitated.
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung stellen eine variable optische Anordnung
bereit, welche in der Lage ist, als Strahlablenker zu arbeiten.embodiments
of the present invention provide a variable optical arrangement
ready, which is able to work as a beam deflector.
Gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfaßt
die variable optische Anordnung einen Behälter mit einem lichttransparenten ersten
Fenster, einem lichttransparenten zweiten Fenster, welches mit Abstand
von dem ersten Fenster angeordnet ist, und einer Umfangswand, welche zwischen
dem ersten Fenster und dem zweiten Fenster angeordnet ist; eine
in dem Behälter
aufgenommene erste Flüssigkeit
und eine in dem Behälter
aufgenommene zweite Flüssigkeit,
welche einen Brechungsindex aufweist, welcher von einem Brechungsindex
der ersten Flüssigkeit
verschieden ist, wobei zwischen der ersten Flüssigkeit und der zweiten Flüssigkeit
eine erste Phasengrenzfläche
ausgebildet ist, welche an der Umfangswand anliegt und durch diese
begrenzt ist; eine Gruppe von Steuerelektroden, welche in Umfangs richtung
um die Umfangswand verteilt an dem Behälter angeordnet sind, wobei
eine Anzahl der Steuerelektroden der Gruppe von Steuerelektroden
größer als
vier ist; und ein Spannungsversorgungssystem, welches dazu konfiguriert
ist, einer jeden Steuerelektrode der Gruppe von Steuerelektroden
eine einstellbare elektrische Spannung zuzuführen.According to an embodiment of the present invention, the variable optical assembly comprises a container having a light transparent first window, a light transparent second window spaced from the first window, and a peripheral wall disposed between the first window and the second window; a first liquid received in the container and a second liquid received in the container and having a refractive index which is different from a refractive index of the first liquid, wherein between the first liquid and the second liquid a first phase boundary is formed, which on the peripheral wall is and is limited by these; a group of control electrodes which are circumferentially distributed around the peripheral wall disposed on the container, wherein a number of the control electrodes of the group of control electrodes is greater than four; and a power supply system configured to provide each of a plurality of control electrodes with an adjustable electrical current Supply voltage.
Die
Anordnung nutzt ein als "electrowetting" bezeichnetes Phänomen. Hintergrundinformation
zu diesem Phänomen
ist in dem Artikel "Tunable
liquid lens based on electrowetting technology: principle, properties
and applications" von
L. Saurei et al. beschrieben. Das Prinzip beruht auf der Erkenntnis, daß ein Winkel,
den eine Phasengrenzfläche
zwischen zwei Flüssigkeiten
mit einer Wand eines Behälters
für die
beiden Flüssigkeiten
einschließt,
durch Anlegen einer elektrischen Spannung änderbar ist.The
Arrangement uses a phenomenon called electrowetting. background information
to this phenomenon
is in the article "Tunable
liquid lens based on electrowetting technology: principle, properties
and applications "of
L. Saurei et al. described. The principle is based on the knowledge that an angle,
the one phase interface
between two liquids
with a wall of a container
for the
two liquids
includes,
can be changed by applying an electrical voltage.
Bei
der variablen optischen Anordnung sind in dem Behälter wenigstens
zwei verschiedene Flüssigkeiten
angeordnet. Die beiden Flüssigkeiten
sind miteinander im wesentlichen nicht mischbar, so daß ein Volumen,
welches die eine Flüssigkeit
einnimmt, von einem Volumen, welches die andere Flüssigkeit einnimmt,
durch eine Phasengrenzfläche
getrennt ist, entlang welcher die beiden Flüssigkeiten aneinander angrenzen.
Die Phasengrenzfläche
ist durch die Umfangswand des Behälters begrenzt. Die Umfangswand
des Behälters
kann hierbei eine beliebige Gestalt aufweisen und beispielsweise
ein Rohr mit einem kreisförmigen
Querschnitt sein. Es ist jedoch auch möglich, daß die Umfangswand aus mehreren Teilwänden zusammengesetzt
ist, welche an Kanten zusammenstoßen und dort miteinander einen
Winkel einschließen.
Ein Beispiel hierfür
ist ein Rohr, welches aus vier Teilwänden gebildet ist, welche einen rechteckigen
Rohrquerschnitt definieren.at
The variable optical arrangement is at least in the container
two different liquids
arranged. The two liquids
are substantially immiscible with each other so that a volume,
which is the one fluid
occupies, of a volume which occupies the other liquid,
through a phase interface
is separated, along which the two liquids adjoin one another.
The phase interface
is limited by the peripheral wall of the container. The peripheral wall
of the container
can in this case have any shape and, for example
a pipe with a circular
Be cross-section. However, it is also possible that the peripheral wall composed of several part walls
is, which collide at edges and there together one another
Include angle.
An example of this
is a tube, which is formed of four part walls, which is a rectangular
Define pipe cross section.
Der
Behälter
umfaßt
weiter zwei lichttransparente Fenster, durch welche abzulenkende
Strahlung in den Behälter
eintritt bzw. austritt und hierbei die beiden Flüssigkeiten durchsetzt. Die
mehreren Steuerelektroden sind in Umfangsrichtung verteilt an der Umfangswand
angeordnet. Über
die einer jeden Steuerelektrode zuführbare elektrische Spannung kann
dann ein Winkel eingestellt werden, welchen die Phasengrenzfläche mit
der Umfangswand in einem Bereich der jeweiligen Steuerelektrode
einschließt.Of the
container
comprises
two more light-transparent windows, through which to be deflected
Radiation into the container
enters or exits and passes through the two liquids. The
a plurality of control electrodes are circumferentially distributed on the peripheral wall
arranged. about
which can be supplied to each control electrode electrical voltage
then an angle can be set which the phase interface with
the peripheral wall in a region of the respective control electrode
includes.
Hierdurch
ist es möglich,
eine Gestalt der Phasengrenzfläche
gezielt zu beeinflussen und insbesondere deren Orientierung bezüglich einer Längsachse
der Umfangswand einzustellen. Es kann somit eine Neigung der Phasengrenzfläche bezüglich der
Längsachse
erhöht
oder erniedrigt werden und eine Orientierung der Neigung in Umfangsrichtung
um die Längsachse
verändert
werden. Ein die Anordnung durchsetzendes Strahlenbündel kann
somit in Abhängigkeit
von der eingestellten Neigung abgelenkt werden, wobei sowohl die
Richtung der Ablenkung als auch deren Stärke über die den Steuerelektroden
zugeführten
Spannungen einstellbar ist.hereby
Is it possible,
a shape of the phase interface
to influence specifically and in particular their orientation with respect to a longitudinal axis
adjust the peripheral wall. It can thus be a tendency of the phase interface with respect to
longitudinal axis
elevated
or lowered and an orientation of the inclination in the circumferential direction
around the longitudinal axis
changed
become. A beam passing through the arrangement can
thus depending
be deflected from the set inclination, with both the
Direction of the deflection as well as their strength over the control electrodes
supplied
Tension is adjustable.
Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung ist die Anzahl der Steuerelektroden der Gruppe von
Steuerelektroden größer als
vier. Gemäß einer weiteren
Ausführungsform
der Erfindung ist die Anzahl der Steuerelektroden gleich acht. Es
läßt sich dann
durch ein den Steuerelektroden geeignet zugeführtes Spannungsmuster die Orientierung
der Neigung der Phasengrenzfläche
im wesentlichen stetig ändern.According to one
embodiment
the invention is the number of control electrodes of the group of
Control electrodes larger than
four. According to another
embodiment
of the invention, the number of control electrodes is eight. It
can then be
by a voltage applied to the control electrodes voltage pattern the orientation
the inclination of the phase interface
essentially change steadily.
Gemäß weiteren
Ausführungsformen
der Erfindung ist die Anzahl der Steuerelektroden größer als
acht, beispielsweise in der Größenordnung
von zwanzig, dreißig
oder mehr Steuerelektroden. Je größer die Anzahl der Steuerelektroden
ist, um so genauer kann die Gestalt der Phasengrenzfläche bei beliebiger
Orientierung ihrer Neigung definiert werden. Insbesondere läßt sich
hierdurch eine weitgehend plane Phasengrenzfläche mit einstellbarer Orientierung
erzeugen, wodurch sich für
den die Anordnung passierenden Lichtstrahl die Wirkung eines optischen
Keils ergibt, der bezüglich
der Strahlachse orientierbar ist.According to others
embodiments
the invention, the number of control electrodes is greater than
eight, for example of the order of magnitude
from twenty to thirty
or more control electrodes. The larger the number of control electrodes
is, the more accurate the shape of the phase interface at any
Orientation of their inclination can be defined. In particular, can be
This results in a largely planar phase interface with adjustable orientation
generate, which is responsible for
the light beam passing through the arrangement has the effect of an optical
Keils, the re
the beam axis is orientable.
Die
beiden Flüssigkeiten
haben im Hinblick auf die gewünschte
optische Wirkung der Anordnung unterschiedliche optische Brechungsindizes.
Im Hinblick auf eine präzise
und reproduzierbar einstellbare Wirkung der durch die den Steuerelektroden
zugeführten
Spannungen auf die Flüssigkeiten
wirkenden Potentiale ist eine der beiden Flüssigkeiten elektrisch leitend
und steht mit einer Sammelelektrode in Kontakt, welcher durch das
Spannungsversorgungssystem eine vorbestimmte Spannung, beispielsweise Massepotential,
zugeführt
ist. Die Steuerelektroden selbst sind vorzugsweise von den Flüssigkeiten
isoliert an der Umfangswand angebracht, indem sie beispielweise
in die Umfangswand eingebettet oder an deren Außenwand angebracht sind. Die
Steuerelektroden stehen somit mit den Flüssigkeiten nicht in direktem
mechanischen Kontakt sondern weisen von den Flüssigkeiten einen Abstand auf,
der zum Beispiel einer Dicke einer Isolationsschicht zwischen den
Steuerelektroden und den Flüssigkeiten
und somit einem Abstand zwischen den Steuerelektroden und der Innenoberfläche der
Umfangswand entspricht.The
two liquids
have with regard to the desired
optical effect of the arrangement different optical refractive indices.
With regard to a precise
and reproducible adjustable effect of the control electrodes
supplied
Tensions on the liquids
acting potentials is one of the two liquids electrically conductive
and is in contact with a collecting electrode which passes through the
Power supply system a predetermined voltage, for example ground potential,
supplied
is. The control electrodes themselves are preferably of the liquids
insulated attached to the peripheral wall, by example
embedded in the peripheral wall or attached to its outer wall. The
Control electrodes are thus not in direct contact with the liquids
mechanical contact but have a distance from the liquids,
for example, a thickness of an insulating layer between the
Control electrodes and the fluids
and thus a distance between the control electrodes and the inner surface of the
Peripheral wall corresponds.
Gemäß Ausführungsformen
der Erfindung ist das den Steuerelektroden zugeführte Spannungsmuster folgendermaßen konfiguriert:
Einer Steuerelektrode wird eine größte Spannung zugeführt, einer dieser
Steuerelektrode an der Umfangswand gegenüberliegend angeordneten Steuerelektrode
wird eine kleinste Spannung zugeführt, und den in Umfangsrichtung
zwischen diesen beiden Steuerelektroden an geordneten Elektroden
werden Spannungen zugeführt,
welche kleiner sind als die größte Spannung und
größer als
die kleinste Spannung.According to embodiments
According to the invention, the voltage pattern applied to the control electrodes is configured as follows:
A control electrode is supplied with a maximum voltage, one of these
Control electrode on the peripheral wall opposite arranged control electrode
a smallest voltage is supplied, and the one in the circumferential direction
between these two control electrodes on ordered electrodes
voltages are supplied,
which are smaller than the biggest tension and
greater than
the smallest tension.
Das
Spannungsversorgungssystem kann die Steuerelektrode, welcher die
größte Spannung
zugeführt
wird, aus der Menge der Steuerelektroden auswählen und ändern und dadurch die Orientierung
der Neigung der Phasengrenzfläche
und folglich die Richtung der Strahlablenkung einstellen. Ferner kann
das Spannungsversorgungssystem eine Differenz zwischen der größten Spannung
und der kleinsten Spannung einstellen und hierdurch die Stärke der Neigung
und folglich die Stärke
der Strahlablenkung einstellen.The power supply system may supply the control electrode which has the greatest voltage leads and selects from the set of control electrodes and thereby adjust the orientation of the inclination of the phase interface and thus the direction of the beam deflection. Further, the power supply system may adjust a difference between the largest voltage and the lowest voltage, thereby adjusting the magnitude of the tilt and, consequently, the intensity of the beam deflection.
Gemäß einer
Ausführungsform
hierin weist das Spannungsversorgungssystem einen Eingang für ein Orientierungs-
und Amplitudensignal auf und wählt
in Abhängigkeit
von dem zugeführten
Orientierungs- und Amplitudensignal die Steuerelektrode aus, welcher
die größte Spannung
zugeführt
wird, und stellt in Abhängigkeit
von dem Orientierungs- und Amplitudensignal auch die Größe der Differenz zwischen
der größten Spannung
und der kleinsten Spannung ein. Der Eingang kann zwei Anschlüsse aufweisen,
wobei dem einen Anschluß ein
Orientierungssignal zugeführt
wird, in Abhängigkeit
von welchem die Steuerelektrode ausgewählt wird, welcher die größte Spannung
zugeführt
wird, und wobei dem anderen Anschluß ein Amplitudensignal zugeführt wird,
in Abhängigkeit
von welchem die Differenz zwischen der größten und der kleinsten Spannung
eingestellt wird, um die Stärke
der Strahlablenkung einzustellen. Der Eingang kann auch einen einzigen
Anschluß aufweisen,
welchen das Orientierungs- und Amplitudensignal in modulierter Form,
beispielsweise als Binärsignal,
zugeführt
wird.According to one
embodiment
Here, the power supply system has an input for an orientation
and amplitude signal on and selects
dependent on
supplied by the
Orientation and amplitude signal from the control electrode, which
the biggest tension
supplied
becomes, and sets in dependence
from the orientation and amplitude signal also the magnitude of the difference between
the greatest tension
and the smallest tension. The input can have two connections,
wherein the one terminal a
Orientation signal supplied
will, depending
from which the control electrode is selected which has the largest voltage
supplied
is, and wherein the other terminal an amplitude signal is supplied,
dependent on
of which the difference between the largest and the smallest voltage
is adjusted to the strength
to adjust the beam deflection. The entrance can also be a single one
Have connection,
which the orientation and amplitude signal in modulated form,
for example as a binary signal,
supplied
becomes.
Gemäß Ausführungsformen
der Erfindung sind in dem Behälter
mehr als zwei Flüssigkeiten
vorgesehen, so daß sich zwischen
den Flüssigkeiten zwei
oder mehr Phasengrenzflächen
ausbilden, welche von dem die Anordnung durchsetzenden Strahlenbündel durchsetzt
werden. Bei geeigneter Auswahl der Flüssigkeiten hinsichtlich ihrer
Brechungsindizes und Abbe-Zahlen ist es dann möglich, eine Strahlablenkung
bei vergleichsweise geringer Dispersion bereitzustellen. Hierbei
kann für
die Ansteuerung einer jeden Phasengrenzfläche eine separate Gruppe von
Steuerelektroden vorgesehen sein, oder es kann lediglich eine Gruppe
von um den Umfang der Umfangswand verteilt angeordneten Steuerelektroden
vorgesehen sein, welche die zwei oder mehr Phasengrenzflächen gemeinsam
beeinflussen.According to embodiments
of the invention are in the container
more than two liquids
provided so that between
two liquids
or more phase interfaces
form, which passes through the array passing through the beam
become. With a suitable choice of liquids in terms of their
Refractive indices and Abbe numbers, it is then possible, a beam deflection
to provide at a comparatively low dispersion. in this connection
can for
the control of each phase boundary a separate group of
Control electrodes may be provided, or it may only be a group
of distributed around the circumference of the peripheral wall control electrodes
be provided, which the two or more phase interfaces in common
influence.
Gemäß Ausführungsformen
der Erfindung ist ein abbildendes optisches System vorgesehen, welches
eine Eingangsoptik und eine Ausgangsoptik umfaßt, welche in einem Abbildungsstrahlengang des
optischen Systems hintereinander angeordnet sind. Zwischen der Eingangsoptik
und der Ausgangsoptik ist in dem Strahlengang eine variable optische Anordnung
der vorangehend erläuterten
Art angeordnet. Durch Ansteuern der variablen optischen Anordnung
ist es dann möglich,
den Strahlengang durch das optische System gezielt zu beeinflussen
und insbesondere eine Ablenkung bzw. einen einstellbaren Knick in
den Strahlengang zu erzeugen. Dies kann dazu ausgenutzt werden,
ein durch das optische System abgebildetes Objektfeld lateral zu
verlagern. Gemäß einer
Ausführungsform
ist hierbei vorgesehen, bei einer auftretenden Verlagerung des gesamten optischen
Systems die variable optische Anordnung derart anzusteuern, daß ein durch
das optische System abgebildetes Objektfeld während der Verlagerung des optischen
Systems konstant bleibt, so daß das
durch das System erzeugte Bild stationär bleibt, obwohl das optische
System selbst sich bewegt. Eine bevorzugte Anwendung hierfür liegt
in der Kompensation von auf das optische System ausgeübten Schwingungen,
so daß ein
ansonsten erzeugtes Bildwackeln weitgehend unterbleibt.According to embodiments
The invention provides an imaging optical system which
an input optics and an output optics, which in an imaging beam path of the
optical system are arranged one behind the other. Between the entrance optics
and the output optics is a variable optical arrangement in the beam path
the previously explained
Kind arranged. By driving the variable optical device
is it possible then
to selectively influence the beam path through the optical system
and in particular a deflection or an adjustable bend in
to generate the beam path. This can be exploited
an object field mapped by the optical system laterally to
relocate. According to one
embodiment
is provided here, with an occurring shift of the entire optical
Systems to drive the variable optical arrangement such that a through
the optical system imaged object field during the displacement of the optical
System remains constant, so that the
The image generated by the system remains stationary, although the optical
System itself moves. A preferred application for this is
in the compensation of vibrations exerted on the optical system,
so that one
otherwise generated image wobbling largely omitted.
Gemäß besonderen
Ausführungsformen umfaßt das System
hierbei ein Sensorsystem zur Erzeugung eines einer Änderung
einer Lage des Systems relativ zu einem Bezugssystem repräsentierenden
Signals, welches dann dem Eingang des Spannungsversorgungssystem
zugeführt
wird, um eine optische Kompensation der Bewegung des optischen Systems
derart zu erreichen, daß das
von dem abbildenden optischen System erzeugte Bild trotz der Bewegung
des Systems ruht.According to special
Embodiments include the system
Here is a sensor system for generating a change
a position of the system relative to a reference system representing
Signal, which then the input of the power supply system
supplied
is to make an optical compensation of the movement of the optical system
to achieve such that
image generated by the imaging optical system despite the movement
of the system is at rest.
Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung ist ein Stereo-Operationsmikroskopiesystem vorgesehen,
welches ein Stereo-Operationsmikroskop und ein Stativ mit mehreren
aneinander angelenkten und relativ zueinander verlagerbaren Stativgliedern
umfaßt,
um das Stereo-Operationsmikroskop relativ zu einem Operationsfeld
zu verlagern. Ferner umfaßt
das Stereo-Operationsmikroskop eine optische Ablenkeinrichtung,
um ein durch das Stereo-Operationsmikroskop abgebildetes Objektfeld
lateral bezüglich
einer Hauptachse eines Objektivs des Stereo-Operationsmikroskops
zu verlagern.According to one
another embodiment
The invention provides a stereo surgical microscopy system.
which is a stereo surgical microscope and a tripod with several
hinged to each other and relatively displaceable tripod members
comprises
around the stereo surgical microscope relative to a surgical field
to relocate. Further included
the stereo surgical microscope an optical deflector,
around an object field imaged by the stereo-surgical microscope
laterally
a main axis of a lens of the stereo operating microscope
to relocate.
Gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
hierin umfaßt
die optische Ablenkeinrichtung zwei Flüssigkeiten mit unterschiedlichem
Brechungsindex, deren Phasengrenzfläche durch eine Steuerung einstellbar
ist.According to one
exemplary embodiment
herein
the optical deflector two liquids with different
Refractive index whose phase interface can be adjusted by a controller
is.
Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
umfaßt
die optische Ablenkeinrichtung eine Linse oder Linsengruppe, welche über einen
Antrieb um wenigstens eine quer zu einer optischen Achse der Linse bzw.
Linsengruppe orientierte Achse verkippt werden kann. Durch die Verkippung
der Linse bzw. Linsengruppe wird eine Ablenkung eines die Linse
bzw. Linsengruppe durchsetzenden Strahlenganges erreicht.According to one
another embodiment
comprises
the optical deflecting means comprises a lens or lens group which passes over a
Drive about at least one transverse to an optical axis of the lens or
Lens group oriented axis can be tilted. By tilting
the lens or lens group becomes a deflection of the lens
or lens group penetrating beam path achieved.
Hierbei
ist es möglich,
daß eine
Linse bzw. Linsengruppe des Objektivs des Stereo-Operationsmikroskops
durch den Antrieb verkippt wird, oder es können jeweils zwei Linsen bzw.
Linsengruppen durch Antriebe verkippt werden, von denen jeweils eine
Linse bzw. Linsengruppe in einem von beiden Stereo-Abbildungsstrahlengängen des
Stereo-Operationsmikroskops
enthalten ist.In this case, it is possible that a lens or lens group of the lens of the stereo operating microscope is tilted by the drive, or it in each case two lenses or lens groups can be tilted by drives, of which in each case a lens or lens group is contained in one of the two stereo imaging beam paths of the stereo operating microscope.
Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
umfaßt
die optische Ablenkeinrichtung wenigstens ein Paar von optischen
Keilen, welche hintereinander in einem Abbildungsstrahlengang des
Mikroskops angeordnet sind und relativ zueinander oder/und relativ zu
einem Objektiv des Mikroskops verdrehbar sind, um eine Orientierung
der Ablenkung und eine Stärke der
Ablenkung einstellen zu können.According to one
another embodiment
comprises
the optical deflector at least one pair of optical
Wedges, which in a row in an imaging beam path of the
Microscopes are arranged and relative to each other and / or relative to
a lens of the microscope are rotatable to an orientation
the distraction and a strength of
To adjust the deflection.
Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
umfaßt
das Stereo-Operationsmikroskopiesystem
eine Benutzerschnittstelle, um die optische Ablenkeinrichtung im
Hinblick auf eine Verlagerung eines durch das Stereo-Operationsmikroskopiesystem
abgebildeten Objektfeldes lateral innerhalb eines Operationsfeldes
anzusteuern.According to one
another embodiment
comprises
the stereo operating microscopy system
a user interface to the optical deflector in
With regard to a displacement of one by the stereo-surgical microscopy system
imaged object field laterally within a surgical field
head for.
Das
Sensorsystem kann beispielsweise einen Beschleunigungssensor oder/und
einen Lagesensor umfassen.The
Sensor system, for example, an acceleration sensor and / or
comprise a position sensor.
Ausführungsformen
der Erfindung werden nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert. Hierbei
zeigtembodiments
The invention will be explained in more detail with reference to figures. in this connection
shows
1 eine
perspektivische Darstellung einer variablen optischen Anordnung
gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung, 1 a perspective view of a variable optical arrangement according to an embodiment of the invention,
2 eine
vereinfachte Schnittdarstellung der in 1 gezeigten
Anordnung, 2 a simplified sectional view of the in 1 shown arrangement,
3 ein
Schaltungsschema zur Ansteuerung von Steuerelektroden der in 1 gezeigten Anordnung, 3 a circuit diagram for controlling control electrodes of in 1 shown arrangement,
4 Graphen,
welche Spannungsmuster von Steuerelektroden der in 1 gezeigten
Anordnung zugeführten
Spannungen repräsentieren, 4 Graphs showing voltage patterns of control electrodes of in 1 represent voltages applied to the arrangement shown,
5 eine
vereinfachte Schnittdarstellung einer variablen optischen Anordnung
gemäß einer weiteren
Ausführungsform
der Erfindung, 5 a simplified sectional view of a variable optical arrangement according to another embodiment of the invention,
6 eine
vereinfachte Schnittdarstellung einer variablen optischen Anordnung
gemäß einer noch
weiteren Ausführungsform
der Erfindung, 6 5 is a simplified sectional view of a variable optical arrangement according to a still further embodiment of the invention,
7 eine
schematische Darstellung eines abbildenden optischen Systems gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung, 7 a schematic representation of an imaging optical system according to an embodiment of the invention,
8 das
in 7 gezeigte optische System mit einer anderen Ansteuerung
von variablen optischen Anordnungen, welche in dem System enthalten
sind, 8th this in 7 shown optical system with a different drive of variable optical arrangements, which are included in the system,
9 eine
variable optische Ablenkeinrichtung, welche zwei optische Keile
umfaßt, 9 a variable optical deflector comprising two optical wedges,
10 eine
variable optische Einrichtung, welche eine um eine Querachse verkippbare
Linse umfaßt, 10 a variable optical device comprising a tiltable about a transverse axis lens,
11 die
in 10 gezeigte variable optische Einrichtung bei
einer aus einer Ruhelage verkippten Linse, und 11 in the 10 shown variable optical device in a tilted from a rest position lens, and
12 eine
weitere Ausführungsform
eines Stereo-Mikroskops
mit variabler optischer Anordnung. 12 another embodiment of a stereo microscope with a variable optical arrangement.
1 zeigt
eine Ausführungsform
einer variablen optischen Anordnung gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung in einer schematischen perspektivischen aufgebrochenen
Darstellung, und 2 zeigt diese Anordnung in einer
vereinfachten schematischen Schnittdarstellung. 1 shows an embodiment of a variable optical arrangement according to an embodiment of the invention in a schematic perspective cut-away view, and 2 shows this arrangement in a simplified schematic sectional view.
Die
Anordnung 21 umfaßt
ein Gehäuse 23, welches
aus einer kreiszylindrischen bzw. rohrförmigen Umfangswand 25 und
an beiden Stirnseiten des Rohrs 25 derart angebrachte Fenster 27 und 28 besteht,
so daß der
Behälter 23 ein
zylinderförmiges Volumen
begrenzt. Das Fenster 27 bildet ein Eintrittsfenster, durch
welches ein Lichtstrahl 31 in die optische Anordnung 21 eintritt,
und das Fenster 29 bildet ein Austrittsfenster, durch welches
der Lichtstrahl 31 aus der optischen Anordnung 21 wieder
austritt.The order 21 includes a housing 23 , which consists of a circular cylindrical or tubular peripheral wall 25 and on both ends of the tube 25 such windows attached 27 and 28 exists, so that the container 23 limited a cylindrical volume. The window 27 forms an entrance window through which a light beam 31 in the optical arrangement 21 enters, and the window 29 forms an exit window, through which the light beam 31 from the optical arrangement 21 exits again.
In
dem von dem Behälter 23 begrenzten
Volumen sind zwei verschiedene Flüssigkeiten angeordnet. Hierbei
steht eine in dem Behältervolumen unten
angeordnete Flüssigkeit 33 über eine
Phasengrenzfläche 35 mit
einer in dem Behältervolumen oben
angeordnete Flüssigkeit 34 in
Kontakt.In the one of the container 23 limited volumes are arranged two different liquids. Here is a liquid arranged in the container volume below 33 over a phase interface 35 with a liquid arranged in the container volume at the top 34 in contact.
Eine
Gruppe von sechzehn Steuerelektroden 1, ... 16 ist über den
Umfang der Behälterwand 25 verteilt
in die Wand eingebettet. Die einzelnen Steuerelektroden 1,
... 16 erstrecken sich als Streifenelektroden in Längsrichtung
der Behälterwand 25 und
sind voneinander elektrisch isoliert.A group of sixteen control electrodes 1 , ... 16 is about the circumference of the container wall 25 embedded in the wall. The individual control electrodes 1 , ... 16 extend as strip electrodes in the longitudinal direction of the container wall 25 and are electrically isolated from each other.
3 ist
eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer Ansteuerung der
Steuerelektroden 1...16. Eine jede der Steuerelektroden
weist einen durch die Wand 25 nach außen geführten Anschluß 41 auf,
welcher mit jeweils einem Ausgang 43 einer Steuerschaltung 45 elektrisch
verbunden ist. Die Steuerschaltung 45 ist derart konfiguriert,
daß sie
einer jeden der Steuerelektroden 1...16 eine einstellbare
Spannung zuführen
kann. Die Spannungen, welche den Steuerelektroden 1...16 zugeführt werden, bestimmen
einen Kontaktwinkel α,
welchen die Phasengrenzfläche 35 mit
der Wand 25 im Bereich der jeweiligen Steuerelektrode einschließt. 3 is a schematic representation for explaining a control of the control electrodes 1 ... 16 , Each of the control electrodes points through the wall 25 outgoing connection 41 on, which each with an output 43 a control circuit 45 electrically connected. The control circuit 45 is configured to correspond to each of the control electrodes 1 ... 16 can supply an adjustable voltage. The voltages which the control electrodes 1 ... 16 be fed determine a contact angle α, which the phase interface 35 with the wall 25 in the region of the respective control electrode.
2 zeigt
beispielhaft einen kleinen Kontaktwinkel α1, welchen
die Phasengrenzfläche 35 im Bereich
der Steuerelektrode 1 mit der Wand 25 einschließt, und
einen großen
Kontaktwinkel α9, welchen die Phasengrenzfläche 35 mit
der Wand 25 im Bereich der Steuerelektrode 9 einschließt. 2 shows by way of example a small contact angle α 1 , which the phase interface 35 in the area of the control electrode 1 with the wall 25 includes, and a large contact angle α 9 , which the phase interface 35 with the wall 25 in the area of the control electrode 9 includes.
In 4 repräsentiert
eine Kurve 47 ein Spannungsmuster, welches von der Steuerschaltung 45 an
die Steuerelektroden 1...16 angelegt ist. Das durch
die Kurve 47 beispielhaft dargestellte Spannungsmuster
ist derart gewählt,
daß an
die Steuerelektrode 1 eine kleinste Spannung angelegt ist
und an die Steuerelektrode 9, welche der Steuerelektrode 1 an
der Behälterwand 25 diametral
gegenüberliegt, eine
größte Spannung
angelegt ist. Die an die übrigen
Steuerelektroden angelegten Spannungen sind so gewählt, daß diese
mit zunehmendem Abstand in Umfangsrichtung von der Steuerelektrode 9 kontinuierlich
bis zu dem Wert der an die Steuerelektrode 1 angelegten
Spannung abnehmen. Aufgrund des Zusammenhangs zwischen der an die
Steuerelektroden angelegten Spannung und dem Kontaktwinkel, den die
Phasengrenzfläche 35 in
den Bereich der Steuerelektrode mit der Wand 25 einschließt, nimmt
der Kontaktwinkel ausgehend von dem Bereich der Steuerelektrode 9 (Kontaktwinkel α9)
in Umfangsrichtung um die Umfangswand 25 bis zu der Steuerelektrode 1 (Kontaktwinkel α1)
kontinuierlich ab. Für
die Steuerelektroden 5 und 13 ist die zugeführte Spannung derart
gewählt,
daß der
Kontaktwinkel α in
dem Bereich der Elektroden 5 und 13 jeweils etwa
90° beträgt.In 4 represents a curve 47 a voltage pattern generated by the control circuit 45 to the control electrodes 1 ... 16 is created. That through the bend 47 exemplified voltage pattern is selected such that the control electrode 1 a smallest voltage is applied and to the control electrode 9 , which the control electrode 1 on the container wall 25 diametrically opposed, a maximum voltage is applied. The voltages applied to the remaining control electrodes are selected so that they increase with increasing distance in the circumferential direction from the control electrode 9 continuously up to the value of the control electrode 1 remove applied voltage. Due to the relationship between the voltage applied to the control electrodes and the contact angle, the phase interface 35 in the area of the control electrode with the wall 25 includes, the contact angle increases from the area of the control electrode 9 (Contact angle α 9 ) in the circumferential direction around the peripheral wall 25 to the control electrode 1 (Contact angle α 1 ) continuously. For the control electrodes 5 and 13 the supplied voltage is chosen such that the contact angle α in the region of the electrodes 5 and 13 each is about 90 °.
Auf
diese Weise ist es möglich,
die Phasengrenzfläche 25 hinsichtlich
ihrer Form derart zu beeinflussen, daß sie eine annährend plane
Fläche
bildet, welche bezüglich
einer Längsachse 49 der
Wand 25 unter einem Winkel γ in Richtung zu der Steuerelektrode 1 geneigt
ist.In this way it is possible the phase interface 25 to influence with respect to their shape so that it forms an approximately planar surface, which with respect to a longitudinal axis 49 the Wall 25 at an angle γ toward the control electrode 1 is inclined.
Aufgrund
der unterschiedlichen Brechungsindizes der beiden Flüssigkeiten 33 und 34 wird
der durch das Fenster 27 in die Anordnung 21 eintretende
Lichtstrahl 31 an der Phasengrenzfläche 35 um einen Winkel δ hin zu der
Steuerelektrode 1 abgelenkt.Due to the different refractive indices of the two liquids 33 and 34 that will be through the window 27 in the arrangement 21 incoming light beam 31 at the phase boundary 35 by an angle δ toward the control electrode 1 distracted.
Die
Flüssigkeit 34 kann
beispielsweise ein Öl sein,
und die Flüssigkeit 33 kann
beispielsweise Wasser sein, welchem ein Salz zugesetzt ist, so daß dieses
elektrisch leitfähig
ist. Eine Sammelelektrode 51 steht mit der Flüssigkeit 33 in
elektrischem Kontakt, um diese auf ein vorbestimmtes Potential,
beispielweise Massepotential, zu legen. Hierdurch wird die Genauigkeit
und Reproduzierbarkeit der Einstellung der Kontaktwinkel α durch die
einzelnen Steuerelektroden 1...16 erhöht.The liquid 34 For example, it can be an oil and the fluid 33 For example, water may be added to which a salt is added so that it is electrically conductive. A collecting electrode 51 stands with the liquid 33 in electrical contact in order to set this to a predetermined potential, for example ground potential. As a result, the accuracy and reproducibility of the adjustment of the contact angle α by the individual control electrodes 1 ... 16 elevated.
Die
Steuerschaltung 45 weist einen Eingangsanschluß 53 für die Zuführung eines
Orientierungssignals auf. In Abhängigkeit
von dem zugeführten
Orientierungssignal wählt
die Steuerschaltung 45 diejenige Elektrode aus, welcher
die größte Spannung
zugeführt
wird. Eine Kurve 55 in 4 repräsentiert
ein den Steuerelektroden zugeführtes
Spannungsmuster, bei welchem der Steuerelektrode 11 die
größte Spannung
und der der Steuerelektrode 11 gegenüberliegenden Steuerelektrode 3 die
kleinste Spannung zugeführt
wird. In dieser Situation ist die Phasengrenzfläche 35 um den Winkel γ hin zu der Steuerelektrode 3 geneigt,
und entsprechend wird der Lichtstrahl 31 um den Winkel δ hin zu der
Steuerelektrode 3 abgelenkt.The control circuit 45 has an input terminal 53 for the supply of an orientation signal. In response to the supplied orientation signal, the control circuit selects 45 that electrode from which the largest voltage is supplied. A curve 55 in 4 represents a voltage pattern applied to the control electrodes, in which the control electrode 11 the largest voltage and the control electrode 11 opposite control electrode 3 the smallest voltage is supplied. In this situation, the phase interface 35 by the angle γ towards the control electrode 3 inclined, and accordingly the light beam 31 by the angle δ towards the control electrode 3 distracted.
In
Bezug auf 4 ist anzumerken, daß die dort
dargestellten Kurvenverläufe
rein phänomenologisch
sein sollen. Aus der Darstellung soll hervorgehen, daß an eine
Elektrode eine größte Spannung angelegt
ist und an eine dieser gegenüberliegende Elektrode
eine kleinste Spannung angelegt ist und die dazwischen liegenden
Spannungswerte kontinuierlich zunehmen bzw. abnehmen sollen. Aus
der 4 soll allerdings nicht herausgelesen werden, daß die Spannungen
unbedingt eine sinusförmige Abhängigkeit
von der Position der jeweiligen Steuerelektrode in Umfangsrichtung
aufweisen. In der Praxis kann der genaue Verlauf der Kurven, welche
die an die Steuerelektroden anzulegenden Spannungen repräsentieren,
experimentell bestimmt und in einer Tabelle in einem Speicher des
Spannungsversorgungssystems abgelegt werden. So kann die Gestalt der
Phasengrenzfläche
beispielsweise optisch vermessen werden, und an die einzelnen Steuerelektroden
angelegte Spannungen können
in Abhängigkeit von
dem Ergebnis so lange variiert werden, bis sich eine gewünschte Gestalt
der Phasengrenzfläche
ergibt. Die auf diese Weise ermittelten Spannungen können zur
späteren
Verwendung gespeichert werden. Hierbei ist es möglich, für eine Vielzahl verschiedener
Gestalten der Phasengrenzfläche
die jeweils notwendigen Spannungen zu ermitteln und zu speichern.
Bei der Anwendung der variablen optischen Anordnung zur gesteuerten
Einwirkung auf Lichtstrahlen können
die gespeicherten Spannungswerte dann später zur Einstellung einer gewünschten
Gestalt der Phasengrenzfläche
abgerufen werden. Soll eine Gestalt der Phasengrenzfläche eingestellt
werden, zu welcher vorher keine Spannungswerte ermittelt und/oder
gespeichert wurden, so ist es möglich, geeignete
Spannungswerte durch Interpolation aus Spannungswerten zu ermitteln,
welche für Phasengrenzflächen einer ähnlichen
Gestalt ermittelt und gespeichert wurden.In relation to 4 It should be noted that the curves shown there should be purely phenomenological. From the illustration, it should be apparent that a maximum voltage is applied to one electrode and a smallest voltage is applied to one of these opposing electrodes and the voltage values therebetween should increase or decrease continuously. From the 4 However, it should not be read that the voltages necessarily have a sinusoidal dependence on the position of the respective control electrode in the circumferential direction. In practice, the exact course of the curves, which represent the voltages to be applied to the control electrodes, can be determined experimentally and stored in a table in a memory of the power supply system. For example, the shape of the phase interface can be optically measured, and voltages applied to the individual control electrodes can be varied as a function of the result until a desired shape of the phase boundary surface results. The voltages determined in this way can be stored for later use. In this case, it is possible to determine and store the respectively required voltages for a large number of different shapes of the phase interface. In applying the variable optical array for controlled exposure to light rays, the stored voltage values may then be retrieved later to set a desired shape of the phase interface. If it is intended to set a shape of the phase interface to which no voltage values were previously determined and / or stored, it is possible to determine suitable voltage values by interpolation from voltage values which were determined and stored for phase interfaces of a similar shape.
Die
Steuerschaltung 45 weist ferner einen Eingangsanschluß 57 für die Zuführung eines
Amplitudensignals auf. In Abhängigkeit
von dem Amplitudensignal stellt die Steuerschaltung 45 eine
Differenz zwischen der den Steuerelektroden 1...16 zugeführten größten Spannung
und der den Steuerelektroden 1...16 zugeführten kleinsten
Spannung ein. In Figur repräsentiert
eine Kurve 59 ein den Steuerelektroden zugeführtes Spannungsmuster,
bei welchem zwar der Steuerelektrode 9 die größte Spannung
zugeführt
wird und der Steuerelektrode 16 die kleinste Spannung zugeführt wird,
diese Spannungen allerdings im Vergleich zu den vorangehend erläuterten Spannungen,
welche durch die Kurve 47 in 4 repräsentiert
sind, verringert sind. Dies führt
dazu, daß die
Neigung der Phasengrenzfläche 35 bezüglich der Längsachse 49 geringer
wird als der in 2 gezeigte Winkel γ. Als Folge
davon wird der Strahl 31 um einen Winkel hin zu der Steuerelektrode 1 abgelenkt, welcher
kleiner ist als der in 2 gezeigte Winkel δ.The control circuit 45 also has an input terminal 57 for the supply of an Ampli on. In response to the amplitude signal, the control circuit 45 a difference between the control electrodes 1 ... 16 supplied largest voltage and the control electrodes 1 ... 16 supplied lowest voltage. In figure represents a curve 59 a voltage pattern applied to the control electrodes, in which case the control electrode 9 the largest voltage is supplied and the control electrode 16 the lowest voltage is supplied, however, these voltages compared to the previously explained voltages, which through the curve 47 in 4 are reduced. This causes the inclination of the phase interface 35 with respect to the longitudinal axis 49 less than the one in 2 shown angle γ. As a result, the beam becomes 31 at an angle to the control electrode 1 distracted, which is smaller than the one in 2 shown angle δ.
Es
ist somit möglich,
die Ablenkung des Lichtstrahls 31 hinsichtlich Betrag und
Richtung über die
Eingänge 53 und 57 der
Steuerschaltung 45 einzustellen.It is thus possible to deflect the light beam 31 in terms of amount and direction over the entrances 53 and 57 the control circuit 45 adjust.
Nachfolgend
werden Varianten der anhand der 1 bis 4 erläuterten
Ausführungsform dargestellt.
Hierbei sind Komponenten, die hinsichtlich ihres Aufbaus oder ihrer
Funktion Komponenten der 1 bis 4 entsprechen,
mit den gleichen Bezugsziffern, zur Unterscheidung jedoch mit einem zusätzlichen
Buchstaben versehen. Hierbei wird auf die gesamte vorangehende Beschreibung
Bezug genommen.Below are variants of the basis of the 1 to 4 illustrated embodiment illustrated. Here are components that are components of the structure or function of the 1 to 4 have the same reference numerals but a different letter to distinguish them. Here, reference is made to the entire preceding description.
5 zeigt
eine weitere Ausführungsform
einer variablen optischen Anordnung 21a in einer vereinfachten schematischen
Schnittdarstellung ähnlich der 2.
Im Unterschied zu der in 2 gezeigten Ausführungsform
sind bei der Anordnung 21a drei Flüssigkeiten in einem Behälter 23a angeordnet. Eine
in dem Behälter 23a oben
angeordnete Flüssigkeit 34a weist
einen größeren Brechungsindex
auf als eine in dem Behälter 23a in
der Mitte angeordnete Flüssigkeit 33a und
definiert mit dieser eine Phasengrenzfläche 35a. Eine in dem
Behälter 23a unten
angeordnete Flüssigkeit 36 hat
wiederum einen größeren Brechungsindex
als die Flüssigkeit 33a und
definiert mit dieser eine Phasengrenzfläche 38. Die beiden
Phasengrenzflächen 35a und 38 sind
mit Abstand voneinander entlang einer Längsachse 49a des Behälters 23a angeordnet
und sind bezüglich
der Längsachse 49a lateral
durch die Gehäusewand 23a begrenzt.
Es sind hierbei zwei Sätze
von jeweils sechzehn Steuerelektroden 1a, ... 9a,
... und 1a',... 9a', ... zur Ansteuerung
der beiden Phasengrenzflächen 35a und 38 vorgesehen,
wobei der eine Satz von Steuerelektroden 1a, ... 9a,
... von einer in der 5 nicht dargestellten Steuerschaltung über Anschlüsse 41a mit
Spannungen versorgt wird, um die Neigung und Orientierung der Phasengrenzfläche 35a bezüglich der
Längsachse 49a einzustellen.
Der zweite Satz Steuerelektroden 1a', ... 9a', ... wird über Anschlüsse 41a' angesteuert, um Neigung und Orientierung
der Phasengrenzfläche 38 bezüglich der Längsachse 49a einzustellen.
Da für
jede Phasengrenzfläche 35a, 38 eine
separate Gruppe von Steuerelektroden vorgesehen ist, können die
Kontaktwinkel α der
Phasengrenzfläche 35a unabhängig von den
Kontaktwinkeln β der
Phasengrenzfläche 38 eingestellt
werden. 5 shows a further embodiment of a variable optical arrangement 21a in a simplified schematic sectional view similar to the 2 , Unlike the in 2 shown embodiment are in the arrangement 21a three liquids in a container 23a arranged. One in the container 23a above arranged liquid 34a has a larger refractive index than one in the container 23a liquid in the middle 33a and defines with this a phase interface 35a , One in the container 23a bottom liquid 36 again has a higher refractive index than the liquid 33a and defines with this a phase interface 38 , The two phase interfaces 35a and 38 are spaced apart along a longitudinal axis 49a of the container 23a arranged and are with respect to the longitudinal axis 49a laterally through the housing wall 23a limited. There are two sets of sixteen control electrodes 1a , ... 9a , ... and 1a ' ... 9a ' , ... for controlling the two phase interfaces 35a and 38 provided, one of the set of control electrodes 1a , ... 9a , ... of one in the 5 not shown control circuit via connections 41a is supplied with voltages to the inclination and orientation of the phase interface 35a with respect to the longitudinal axis 49a adjust. The second set of control electrodes 1a ' , ... 9a ' , ... is about connections 41a ' controlled to tilt and orientation of the phase interface 38 with respect to the longitudinal axis 49a adjust. As for every phase interface 35a . 38 a separate group of control electrodes is provided, the contact angle α of the phase interface 35a independent of the contact angles β of the phase interface 38 be set.
Die
Wirkung der Steuerelektroden eines jeden Satzes auf lediglich eine
der beiden Phasengrenzflächen 38 und 35a ergibt
sich daraus, daß lediglich
eine der beiden Phasengrenzflächen 38, 35a in
unmittelbarer Nachbarschaft der jeweiligen Steuerelektrode angeordnet
ist. Beispielsweise ist ein Abstand zwischen der Phasengrenzfläche 38 und
der Steuerelektrode 9a' im
wesentlichen gleich einer Dicke x einer Isolationsschicht, welche
zwischen der Steuerelektrode 9a' und einer Innenoberfläche 26 der
Umfangswand 25a vorgesehen ist. Der Abstand zwischen der
Phasengrenzfläche 35a und
der Steuerelektrode 9a' hingegen
ist wesentlich größer als
die Dicke x der Isolationsschicht, und die Wirkung der an die Steuerelektrode 9a' angelegten
Spannung auf einen Kontaktwinkel der Phasengrenzfläche 35a ist deshalb
im wesentlichen vernachlässigbar.The effect of the control electrodes of each set on only one of the two phase interfaces 38 and 35a results from the fact that only one of the two phase interfaces 38 . 35a is arranged in the immediate vicinity of the respective control electrode. For example, a distance between the phase interface 38 and the control electrode 9a ' substantially equal to a thickness x of an insulating layer sandwiched between the control electrode 9a ' and an inner surface 26 the peripheral wall 25a is provided. The distance between the phase interface 35a and the control electrode 9a ' however, it is much larger than the thickness x of the insulating layer and the effect of the control electrode 9a ' applied voltage to a contact angle of the phase interface 35a is therefore essentially negligible.
Ein
in die Anordnung 21a eintretender Lichtstrahl 31a wird
an der Phasengrenzfläche 35a um
einen Winkel δ1 abgelenkt und nachfolgend beim Durchtritt
durch die Phasengrenzfläche 38 um
einen Winkel δ2 abgelenkt, so daß sich insgesamt eine Ablenkung
des Strahls 31a um einen Winkel (δ1 + δ2)
ergibt. Zudem ist es möglich,
bei geeigneter Wahl der Abbe-Zahlen der Flüssigkeiten 34a, 33a und 36 zusammen
mit den Brechungsindizes eine Dispersion des Lichtstrahls 31a bei
der Ablenkung um den Winkel (δ1 + δ2) relativ gering zu halten.One in the arrangement 21a incoming light beam 31a becomes at the phase interface 35a deflected by an angle δ 1 and subsequently when passing through the phase boundary 38 deflected by an angle δ 2 , so that a total of a deflection of the beam 31a by an angle (δ 1 + δ 2 ). In addition, it is possible, with a suitable choice of the Abbe numbers of the liquids 34a . 33a and 36 together with the refractive indices a dispersion of the light beam 31a at the deflection by the angle (δ 1 + δ 2 ) to keep relatively low.
6 zeigt
eine weitere Ausführungsform
einer variablen optischen Anordnung 21b, welche einen ähnlichen
Aufbau aufweist, wie die in 5 dargestellte
Ausführungsform. 6 shows a further embodiment of a variable optical arrangement 21b , which has a similar structure, as in 5 illustrated embodiment.
Im
Unterschied zu der in 5 gezeigten Anordnung weist
die Anordnung 21b der 6 lediglich
eine Gruppe von Steuerelektroden 1b ... 9b, ... auf,
um Neigungswinkel und Orientierungen der Neigungen von zwei Phasengrenzflächen 35b und 38b gleichzeitig
einzustellen. Diese Konfiguration kann eingesetzt werden, wenn die
drei Flüssigkeiten 34b, 33b und 36b,
zwischen welchen die Phasengrenzflächen 35b bzw. 38b bestehen,
jeweils paarweise voneinander verschieden sind. In der Regel sind
dann die Kontaktwinkel α der
Phasengrenzfläche 35b etwas
verschieden von Kontaktwinkeln β der
Phasengrenzfläche 38b.
Allerdings kann die Elektrodenkonfiguration vorteilhaft eingesetzt
werden, wenn die Flüssigkeiten 34b und 36b vom
gleichen Typ sind, da dann die Phasengrenzflächen 35b und 38b im
wesentlichen symmetrisch zueinander angeordnet sind.Unlike the in 5 The arrangement shown has the arrangement 21b of the 6 only a group of control electrodes 1b ... 9b , ..., to angles of inclination and orientations of the inclinations of two phase interfaces 35b and 38b adjust simultaneously. This configuration can be used when the three fluids 34b . 33b and 36b between which the phase interfaces 35b respectively. 38b exist, in each case in pairs are different from each other. As a rule, the contact angles α of the phase boundary surface are then 35b slightly different from contact angles β of the phase interface 38b , However, the electrode configuration can be advantageously used when the liquids 34b and 36b of the same type, since then the phase interfaces 35b and 38b are arranged substantially symmetrically to each other.
Die
Wirkung der Steuerelektroden 1b ... 9b auf beide
Phasengrenzflächen 38b und 35b ergibt sich
deshalb, weil beide Phasengrenzflächen 38b, 35b in
unmittelbarer Nähe
der jeweiligen Steuerelektroden angeordnet sind. Wie in 6 angedeutet,
ist der Abstand beider Phasengrenzflächen 38b, 35b von
der Steuerelektrode 9b im wesentlichen gleich einer Dicke
x einer Isolationsschicht, welche zwischen einer Innenoberfläche 26b,
mit welcher die Flüssigkeiten
in Kontakt stehen, und der Steuerelektrode 9b.The effect of the control electrodes 1b ... 9b on both phase interfaces 38b and 35b arises because both phase interfaces 38b . 35b are arranged in the immediate vicinity of the respective control electrodes. As in 6 indicated, the distance between both phase interfaces 38b . 35b from the control electrode 9b substantially equal to a thickness x of an insulating layer sandwiched between an inner surface 26b with which the liquids are in contact, and the control electrode 9b ,
In 7 ist
schematisch eine vorteilhafte Anwendung der variablen optischen
Anordnung 21 in einem abbildenden optischen System 71 dargestellt. Das
optische System 71 ist in dem dargestellten Beispiel ein
Stereo-Operationsmikroskop
zur Beobachtung eines Operationsfeldes 73 an einem Patienten. Das
Operationsmikroskop 72 umfaßt ein Gehäuse 75, welches an
einem Stativ 77 getragen ist. Das Stativ 77 umfaßt eine
Mehrzahl von Stativarmen 79, welche mittels Gelenken 81 aneinander
angelenkt sind und das Mikroskop 72 über einen Standfuß 83 relativ zu
einem Fußboden 85 in
einem Bezugskoordinatensystem 86 frei positionierbar haltern.In 7 schematically is an advantageous application of the variable optical arrangement 21 in an imaging optical system 71 shown. The optical system 71 is in the example shown a stereo-surgical microscope for observation of an operating field 73 on a patient. The surgical microscope 72 includes a housing 75 which is attached to a tripod 77 worn. The tripod 77 includes a plurality of tripod arms 79 which by means of joints 81 hinged to each other and the microscope 72 over a stand 83 relative to a floor 85 in a reference coordinate system 86 freely positionable holders.
In
dem Gehäuse 75 ist
eine Abbildungsoptik aufgenommen, welche eine Eingangsoptik 87 aufweist.
Die Eingangsoptik 87 ist in 7 schematisch als
eine einzige Objektivlinse dargestellt. In der Praxis kann das Objektiv
des Mikroskops 72 allerdings mehrere Linsen umfassen, welche
gegebenenfalls als Kittglieder ausgebildet sind und auch relativ
zueinander verlagerbar sein können,
um eine Variofunktion bereitzustellen, um einen Arbeitsabstand des
Mikroskops 72, das heißt
einen Abstand zwischen dem Körperteil 73 und
dem Gehäuse 75,
zu ändern.In the case 75 an imaging optics is recorded, which an input optics 87 having. The entrance optics 87 is in 7 shown schematically as a single objective lens. In practice, the lens of the microscope 72 however, comprise a plurality of lenses which are optionally formed as cemented elements and may also be displaceable relative to one another in order to provide a variochunction, by a working distance of the microscope 72 that is, a distance between the body part 73 and the housing 75 , to change.
Die
Optik weist ferner eine Ausgangsoptik auf, welche in dem dargestellten
Beispiel ein Paar von Okularen 89 sowie eine Kameraadapteroptik 91 und
einen Bildsensor 92 umfaßt. Über die beiden Okulare 89 sind
zwei stereoskopische Strahlengänge bereitgestellt,
welche das Objektiv 87 gemeinsam durchsetzen und welche
die beiden Ausgangsoptiken einzeln separat durchsetzen. In den Strahlengängen der
Ausgangsoptiken sind ferner jeweils ein Zoomsystem 93 angeordnet,
um eine Vergrößerung, mit
der ein Objektfeld 74 durch das Mikroskop 72 abgebildet
wird, ändern
zu können.The optic also has an output optics, which in the example shown a pair of eyepieces 89 and a camera adapter optics 91 and an image sensor 92 includes. About the two eyepieces 89 Two stereoscopic beam paths are provided, which are the objective 87 enforce jointly and enforce the two output optics separately separately. In the beam paths of the output optics are also each a zoom system 93 arranged to a magnification, with which an object field 74 through the microscope 72 is shown to be able to change.
In
den Strahlengängen
zwischen dem Objektiv 87 als Eingangsoptik und den Zoomsystemen 93 als
Ausgangsoptiken ist jeweils eine variable optische Anordnung 21 gemäß einer
der vorangehend beschriebenen Ausführungsformen angeordnet. Die variablen
optischen Anordnungen 21 stellen in den Strahlengängen jeweils
wenigstens eine Phasengrenzfläche 35 zwischen
zwei Flüssigkeiten
unterschiedlicher optischer Dichte bereit. Neigungen und Orientierungen
der Neigungen der Phasengrenzflächen 35 bezüglich einer
Hauptachse 50 des Objektivs 87 sind über eine
in der 7 nicht dargestellte Steuerung einstellbar. In
der in 7 gezeigten Situation sind die Phasengrenzflächen 35 orthogonal
zu der Hauptachse 50 orientiert, so daß die Strahlengänge die
Phasengrenzflächen 35 geradlinig
durchsetzen und das bezüglich
der Hauptachse 50 zentrierte Objektfeld 74 durch
das Mikroskop 72 abgebildet wird.In the beam paths between the lens 87 as input optics and the zoom systems 93 as output optics is in each case a variable optical arrangement 21 arranged according to one of the embodiments described above. The variable optical arrangements 21 each set in the beam paths at least one phase interface 35 between two liquids of different optical density ready. Inclinations and orientations of the inclinations of the phase interfaces 35 with respect to a major axis 50 of the lens 87 are about one in the 7 not shown control adjustable. In the in 7 the situation shown are the phase interfaces 35 orthogonal to the major axis 50 oriented so that the beam paths the phase interfaces 35 enforce straight and that with respect to the main axis 50 centered object field 74 through the microscope 72 is shown.
8 zeigt
das Stereomikroskop 72 der 7 in einer
Situation, in welcher die Phasengrenzflächen 35 bezüglich der
Hauptachse 50 geneigt sind, so daß die Strahlengänge beim
Durchsetzen der variablen optischen Anordnungen 21 beim Durchgang
durch die Phasengrenzflächen 35 eine Strahlablenkung
erfahren. Dies führt
dazu, daß von dem
Mikroskop 72 ein Objektfeld 74 abgebildet wird, welches
bezüglich
der Hauptachse 50 nicht mehr, wie in 7 gezeigt,
zentriert ist, sondern um eine Strecke d lateral versetzt zu der
Hauptachse 50 angeordnet ist. 8th shows the stereomicroscope 72 of the 7 in a situation where the phase interfaces 35 concerning the main axis 50 are inclined, so that the beam paths in the enforcement of the variable optical arrangements 21 when passing through the phase interfaces 35 undergo a beam deflection. This causes that from the microscope 72 an object field 74 which is related to the main axis 50 not anymore, like in 7 is centered, but offset a distance d laterally to the main axis 50 is arranged.
Somit
läßt sich
durch geeignete Ansteuerung der variablen optischen Anordnungen 21 das
durch das Mikroskop 72 dargestellte Objektfeld 74 seitlich verlagern
ohne das Mikroskop 72 selbst durch Betätigen der Stativglieder 79 in
dem Koordinatensystem 86 verlagern zu müssen. Zur Einstellung der Verlagerung
des Objektfeldes 74 umfaßt das Stereo-Operationsmikroskopiesystem 71 eine
Benutzerschnittstelle 107, welche in der dargestellten
Ausführungsform als
ein Joystick dargestellt ist, dessen Steuerknüppel in zwei zueinander orthogonale
Richtungen auslenkbar ist, um Verlagerungen des Objektfeldes 74 in
die x-Richtung und die y-Richtung einstellen zu können. Die
durch den Benutzer hervorgerufenen Steuersignale der Benutzerschnittstelle 107 werden
der Steuerung 45 zugeführt,
welche dann die Potentiale zur entsprechenden Ansteuerung der Steuerelektroden der
variablen optischen Einrichtungen 35 erzeugt.Thus, by suitable control of the variable optical arrangements 21 that through the microscope 72 shown object field 74 shift sideways without the microscope 72 even by pressing the tripod links 79 in the coordinate system 86 to relocate. To adjust the displacement of the object field 74 includes the stereo surgical microscope system 71 a user interface 107 , which is shown in the illustrated embodiment as a joystick whose joystick is deflectable in two mutually orthogonal directions to displacements of the object field 74 in the x-direction and the y-direction can be adjusted. The user interface control signals generated by the user 107 become the controller 45 which then supplies the potentials for the corresponding control of the control electrodes of the variable optical devices 35 generated.
Allerdings
ist es auch möglich,
die variablen optischen Anordnungen 21 in den Strahlengängen des
Mikroskops 72 dazu einzusetzen, auftretende Schwingungen
des Mikroskops 72 in dem Koordinatensystem 86,
welche ansonsten zu einem Wackeln des durch das Mikroskop 72 dargestellten
Bildes führen
würden,
optisch zu kompensieren. Hierzu umfaßt das Mikroskop 72 ein
Sensorsystem, um auftretende Verlagerungen des Mikroskops in dem
Bezugssystem 86 zu erfassen und in Abhängigkeit von der erfaßten Verlagerung
die beiden variablen optischen Anordnungen derart anzusteuern, daß der erzeugte laterale
Versatz d der Strahlengänge
dazu führt, daß immer
das gleiche Objektfeld durch das Mikroskop 72 abgebildet
wird, obwohl sich das Mikroskop 72 relativ zu dem Körperteil 73 bewegt.
Das Sensorsystem kann hierbei einen in den 7 und 8 schematisch
dargestellten Beschleunigungssensor 101 umfassen. Alternativ
oder in Ergänzung
hierzu kann das Sensorsystem einen Lagesensor 103 umfassen,
welcher eine Position des Lagesensors 103 relativ zu drei
Lichtquellen 105, welche beispielsweise Leuchtdioden sind
und fest in dem Bezugssystem 86 angeordnet sind, optisch,
beispielsweise mittels einer Kamera und einem Triangulationsverfahren,
erfaßt.However, it is also possible to use the variable optical arrangements 21 in the beam paths of the microscope 72 to use, occurring oscillations of the microscope 72 in the coordinate system 86 which otherwise causes a wobble of the through the microscope 72 represented image, optically compensate. This includes the microscope 72 a sensor system to reflect displacements of the microscope in the reference frame 86 to detect and depending on the detected displacement to drive the two variable optical arrangements such that the generated lateral offset d of the beam paths leads to getting the same object field through the microscope 72 is pictured, although the microscope 72 relative to the body part 73 emotional. The sensor system can this one in the 7 and 8th schematically illustrated acceleration sensor 101 include. Alternatively or in addition to this, the sensor system can be a position sensor 103 comprising a position of the position sensor 103 relative to three light sources 105 which are, for example, light-emitting diodes and fixed in the frame of reference 86 are arranged, optically, for example by means of a camera and a triangulation detected.
Alternativ
oder in Ergänzung
hierzu kann auch ein Bildsignal der Kamera 92 dazu eingesetzt werden,
um eine Verlagerung des Objektfeldes in dem von dem Mikroskop 72 dargestellten
Bild über ein
Bildverarbeitungsverfahren zu erfassen.Alternatively or in addition to this, an image signal of the camera 92 be used to a displacement of the object field in the of the microscope 72 captured image via an image processing method.
Obwohl
beispielhaft für
das abbildende optische System in der 7 ein Operationsmikroskop dargestellt
ist, kann das abbildende optische System von einem beliebigen Typ,
wie beispielsweise einem Fernrohr sein.Although exemplary of the imaging optical system in the 7 When a surgical microscope is shown, the imaging optical system may be of any type, such as a telescope.
Während in
den 1, 5 und 6 die Phasengrenzflächen jeweils
als plane Flächen
dargestellt sind, so ist zu beachten, daß dies eine idealisierte Darstellung
ist, mit dem Ziel die Wirkung eines optischen Keils durch die variable
optische Anordnung bereitzustellen. In der Praxis ergeben sich von einer
gewünschten
planen Gestalt der Phasengrenzfläche
mehr oder weniger große
Abweichungen. Darüber
hinaus kann es sogar beabsichtigt sein, die Phasengrenzfläche als
gewölbte
Fläche
auszubilden, wie dies in 2 angedeutet ist. Dann ist der
Wirkung der variablen optischen Anordnung als Strahlablenker nach
der Art eines optischen Keils eine Wirkung als Linse überlagert,
welche auf den die Anordnung durchsetzenden Strahl auch fokussierend
oder defokussierend wirkt. Hierbei ist es insbesondere auch möglich, sämtliche
Spannungen, die den Steuerelektroden der Gruppe von Steuerelektroden
zugeführt werden,
gleich einzustellen, so daß sich
für eine
jede Steuerelektrode ein gleicher Kontaktwinkel der Phasengrenzfläche einstellt.
Die Gestalt der Phasengrenzfläche
ist dann rotationssymmetrisch bezüglich der Längsachse. Sind die Kontaktwinkel
jeweils von 90° verschieden,
ist die Phasengrenzfläche,
aus der Sicht einer der beiden Flüssigkeiten, entweder konkav
oder konvex, so daß sich
für den
die Anordnung durchsetzenden Strahl eine fokussierende oder defokussierende
Wirkung ergibt. Eine Stärke
der fokussierenden bzw. defokussierenden Wirkung ist über einen
Anschluß 58 (3)
der Steuerung einstellbar. Eine Änderung
des dem Anschluß 58 zugeführten Steuersignals überträgt die Steuerung 45 in
eine Änderung
einer Potentialdifferenz zwischen den Steuerelektroden 1,
... 16 und der Masseelektrode 51. Hierbei werden
die Potentialdifferenzen zwischen den Steuerelektroden 1,
... 16 untereinander in der Regel prinzipiell nicht geändert. Unter
Bezugnahme auf die 4 führt eine solche Änderung
somit zu einer Verschiebung der Kurve 47 in Vertikalrichtung,
ohne deren Amplitude, das heißt
deren Unterschied zwischen ihrem Maximalwert und ihrem Minimalwert, und
deren Lage in Horizontalrichtung zu ändern.While in the 1 . 5 and 6 the phase interfaces are each shown as flat surfaces, it should be noted that this is an idealized representation, with the aim of providing the effect of an optical wedge through the variable optical arrangement. In practice, a desired planar shape of the phase interface results in more or less large deviations. Moreover, it may even be intended to form the phase interface as a curved surface, as shown in FIG 2 is indicated. Then the effect of the variable optical arrangement as a beam deflector in the manner of an optical wedge, an effect is superimposed as a lens which acts on the beam passing through the arrangement also focusing or defocusing. In this case, it is also possible in particular to set all the voltages which are supplied to the control electrodes of the group of control electrodes the same, so that an identical contact angle of the phase boundary surface is established for each control electrode. The shape of the phase interface is then rotationally symmetrical with respect to the longitudinal axis. If the contact angles are each different from 90 °, the phase interface, from the point of view of one of the two liquids, is either concave or convex, so that a focusing or defocusing effect results for the beam passing through the arrangement. One strength of the focusing or defocusing effect is via a connection 58 ( 3 ) of the controller adjustable. A change of the connection 58 supplied control signal transmits the control 45 in a change of a potential difference between the control electrodes 1 , ... 16 and the ground electrode 51 , Here, the potential differences between the control electrodes 1 , ... 16 generally not changed among each other in principle. With reference to the 4 Such a change thus leads to a shift of the curve 47 in the vertical direction, without changing their amplitude, that is, their difference between their maximum value and their minimum value, and their position in the horizontal direction.
Für ein Strahlenbündel mit
einem ausgedehnten Strahlquerschnitt läßt sich ein sogenannter Schwerstrahl
bestimmen, beispielsweise durch Mittelung von Richtungen von Teilstrahlen
des Strahlenbündels
gewichtet mit Intensitäten
der Teilstrahlenbündel.
Durchsetzt ein Strahlenbündel
ein optisches Element, welches lediglich fokussierend oder defokussierend
wirkt, so wird die Richtung des Schwerstrahls dieses Strahlenbündels durch
die Wirkung des optischen Elements nicht beeinflußt. Auf
diese Weise kann eine fokussierende oder defokussierende Wirkung eines
optischen Elements auch von einer strahlablenkenden Wirkung unterschieden
werden. Die Wirkung eines Strahlablenkers liegt darin, die Richtung
eines Schwerstrahls eines den Strahlablenker durchsetzenden Strahlenbündels zu ändern. Auf der
Grundlage einer Untersuchung des Verlaufes eines Schwerstrahls eines
die variable optische Anordnung durchsetzenden Strahlenbündels ist
es somit möglich,
zu entscheiden, ob die Anordnung auf das diese durchsetzende Strahlenbündel eine
strahlablenkende Wirkung oder eine fokussierende bzw. defokussierende
Wirkung oder eine Kombination hiervon aufweist. Die strahlablenkende
Wirkung wird im wesentlichen durch eine über den Strahlquerschnitt gemittelte
Neigung der Phasengrenzfläche
bezüglich der
Strahlbündelrichtung
bestimmt, während
die fokussierende bzw. defokussierende Wirkung der Phasengrenzfläche im wesentlichen
durch eine Krümmung
derselben in dem von dem Strahlbündel
durchsetzten Bereich bestimmt wird. In diesem Sinne sind die Darstellungen
der Strahlen 31 in den 2 und 5 stark
vereinfacht, da sie die Wirkung auf einen einzelnen Teilstrahl eines
in Wirklichkeit größeren Strahlenbündels mit
einem ausgedehnten Strahlquerschnitt repräsentieren. Qualitativ geht
allerdings aus den schematischen Darstellungen der 2 und 5 hervor,
daß auch
ausgedehnte Strahlenbündel,
welche die dargestellten variablen optischen Anordnungen durchsetzen,
insgesamt eine Strahlablenkung erfahren, so daß auch deren jeweilige Schwerstrahlen
abgelenkt sind. Aufgrund der Krümmung
der Phasengrenzfläche
in der Darstellung der 2 stellt die variable optische
Anordnung dort eine kombinierte Wirkung bereit, nämlich zum
einen die strahlablenkende Wirkung und zum anderen eine defokussierende
Wirkung.For a beam having an extended beam cross section, a so-called heavy beam can be determined, for example by averaging directions of partial beams of the beam weighted with intensities of the partial beams. If a ray bundle penetrates an optical element which acts merely focusing or defocusing, the direction of the heavy beam of this ray bundle is not influenced by the action of the optical element. In this way, a focusing or defocusing effect of an optical element can also be distinguished from a beam deflecting effect. The effect of a beam deflector is to change the direction of a heavy beam of a beam passing through the beam deflector. On the basis of an examination of the course of a heavy beam of a beam passing through the variable optical array, it is thus possible to decide whether the array has a beam deflecting effect or a focusing or defocusing effect or a combination thereof on the beam passing therethrough. The beam-deflecting effect is essentially determined by an averaged over the beam cross-section inclination of the phase interface with respect to the beam direction, while the focusing or defocusing effect of the phase interface is determined essentially by a curvature thereof in the region penetrated by the beam. In this sense are the representations of the rays 31 in the 2 and 5 greatly simplified, since they represent the effect on a single partial beam of a larger beam in reality with an extended beam cross-section. Qualitatively, however, goes from the schematic representations of 2 and 5 show that even extensive beams, which enforce the illustrated variable optical arrangements, experience a total of beam deflection, so that their respective heavy beams are deflected. Due to the curvature of the phase interface in the representation of 2 the variable optical arrangement provides there a combined effect, namely on the one hand the beam deflecting effect and on the other hand a defocusing effect.
In
den vorangehend beschriebenen Ausführungsformen ist die Anzahl
der Steuerelektroden einer Gruppe von Steuerelektroden gleich sechzehn. Selbstverständlich kann
hier eine größere oder
auch kleinere Anzahl von Steuerelektroden gewählt werden, wobei die größere Anzahl
von Steuerelektroden eine präzisere
Einstellung der Gestalt der Phasengrenzfläche erlaubt, während eine
kleinere Anzahl von Steuerelektroden den Schaltungs- und Verdrahtungsaufwand
für das
Spannungsversorgungssystem reduziert.In the embodiments described above, the number of control electrodes of a group of control electrodes is equal to sixteen. Of course, a larger or smaller number of control electrodes can be chosen here, wherein the larger number of control electrodes allows a more precise adjustment of the shape of the phase interface, while a smaller number of control electrodes reduces the circuit and wiring costs for the power supply system.
9 zeigt
eine weitere Ausführungsform
einer variablen optischen Einrichtung 21a. Diese umfaßt zwei
optische Keile 111 und 113, deren Flachseiten
quer zu einer Hauptachse 49c orientiert sind und nacheinander
von einem Abbildungsstrahl 31c durchsetzt sind. Die beiden
optischen Keile 111 und 113 sind jeweils in einer
separaten Fassung 112 bzw. 114 gehaltert, wobei
die Fassungen 112, 114 um die Achse 49c drehbar
in einem Gehäuse 115 aufgenommen
sind. Zwei Antriebe 117 und 119 sind vorgesehen,
um über
Zahnräder 118 bzw. 120 oder
Reibräder
oder dergleichen die Drehstellungen der optischen Keile 111 und 113 um
die Achse 49c einzustellen. Hierdurch ist es möglich, einen
Ablenkwinkel δ des
die optischen Keile 111, 113 durchsetzenden Strahls 31c hinsichtlich
seiner Größe als auch
seiner Orientierung um die Achse 49c innerhalb eines in 9 mit 125 bezeichneten
Kreises einzustellen. Hierzu werden die Antriebe 117 und 119 durch
eine Steuerung 45c kontrolliert, welche einen Eingangsanschluß 53c aufweist,
um die Orientierung der Ablenkung um die Achse 49c einzustellen,
und welche ferner einen Eingangsanschluß 57c aufweist, um eine
Größe des Ablenkwinkels δ einzustellen. 9 shows a further embodiment of a variable optical device 21a , This includes two optical wedges 111 and 113 whose flat sides are transverse to a main axis 49c are oriented and successively from an imaging beam 31c are interspersed. The two optical wedges 111 and 113 are each in a separate version 112 respectively. 114 held, with the versions 112 . 114 around the axis 49c rotatable in a housing 115 are included. Two drives 117 and 119 are provided to over gears 118 respectively. 120 or friction wheels or the like, the rotational positions of the optical wedges 111 and 113 around the axis 49c adjust. This makes it possible, a deflection angle δ of the optical wedges 111 . 113 passing beam 31c in terms of its size as well as its orientation about the axis 49c within an in 9 With 125 to set the designated circle. For this purpose, the drives 117 and 119 through a controller 45c controls which one input terminal 53c indicates the orientation of the deflection about the axis 49c and which further has an input terminal 57c has to set a size of the deflection angle δ.
Die
variable optische Ablenkeinrichtung 21c kann in einem beliebigen
optischen System eingesetzt werden. Gemäß einer Ausführungsform
dient sie allerdings in einem Stereo-Operationsmikroskopiesystem dazu, eine
laterale Verlagerung eines durch das Stereo-Operationsmikroskop
abgebildeten Objektfeldes herbeizuführen, ohne eine Komponente eines
Stativs des Stereo-Operationsmikroskopiesystems mechanisch verlagern
zu müssen.
Somit kann die variable optische Einrichtung 21c in dem
anhand der Figuren und 8 erläuterten Stereo-Operationsmikroskopiesystem
eingesetzt werden, indem ein Paar der in 9 dargestellten
optischen Anordnungen 21c die beiden variablen optischen
Anordnungen 21 in den 7 und 8 ersetzt.
Hierbei weisen die beiden optischen Keile 111, 113 im
Vergleich zu dem Objektiv 87 einen reduzierten Durchmesser auf,
da sie lediglich jeweils einen der beiden Stereo-Teilstrahlengänge ablenken
müssen,
welche im Vergleich zu dem Durchmesser des Objektivs 87 einen
verkleinerten Strahlbündeldurchmesser
aufweisen. Es ist jedoch auch möglich,
eine einzige variable optische Anordnung 21c im Strahlengang
des Stereo-Operationsmikroskops
anzuordnen, wobei die Durchmesser der optischen Keile 111, 113 dann
so groß ausgelegt
werden, daß sie
an den Durchmesser des Objektivs 87 angepaßt sind
und jeweils beide Keile 111, 113 von dem Paar
von Stereo-Teilstrahlengänge durchsetzt
sind.The variable optical deflector 21c can be used in any optical system. According to one embodiment, however, in a stereo-surgical-microscopy system, it serves to effect a lateral displacement of an object field imaged by the stereo-surgical microscope, without having to mechanically displace a component of a stand of the stereo-operating-microscopy system. Thus, the variable optical device 21c in the basis of the figures and 8th be explained using a pair of in-vivo stereo-operating microscopy system 9 illustrated optical arrangements 21c the two variable optical arrangements 21 in the 7 and 8th replaced. Here are the two optical wedges 111 . 113 compared to the lens 87 a reduced diameter, since they only have to distract one of the two stereo partial beam paths, which compared to the diameter of the lens 87 have a reduced beam diameter. However, it is also possible a single variable optical arrangement 21c to arrange in the beam path of the stereo surgical microscope, wherein the diameters of the optical wedges 111 . 113 then be designed so large that they match the diameter of the lens 87 are adapted and each two wedges 111 . 113 are interspersed by the pair of stereo partial beam paths.
10 zeigt
eine weitere Ausführungsform einer
variablen optischen Anordnung 21d. In dem dargestellten
Beispiel umfaßt
die variable optische Anordnung ein Objektiv 87d eines
Stereo-Operationsmikroskops. Hierbei ist das Objektiv 87d in 10 als
ein aus zwei Linsen 88, 90 bestehendes Kittglied
dargestellt. In der Praxis kann das Objektiv allerdings mehrere
Linsen umfassen, welche teilweise oder sämtlich auch als Kittglieder
aus einzelnen Linsen zusammengesetzt sein können. Das Objektiv 87d ist
in einer Fassung 131 gehaltert, welche über mehrere angelegte Stangen 135 an
Aktuatoren 133 gekoppelt ist. Die Aktuatoren 133 werden
von einer Steuerung (in 10 nicht
dargestellt) angesteuert, um die Stangen 135 in eine Richtung 137 (die
Vertikalrichtung in 10) zu verlagern, um die Linsen 88, 90 des
Objektivs 87d bezüglich
einer Hauptachse 50d eines die Linse 87d durchsetzenden
Strahlengangs zu verkippen. In 10 ist
das Objektiv 87d in seiner Ausgangslage angeordnet, so
daß eine Hauptebene 139 der
Linse 88 orthogonal zu der Hauptachse 50d orientiert
ist. 10 shows a further embodiment of a variable optical arrangement 21d , In the illustrated example, the variable optical arrangement comprises an objective 87d a stereo surgical microscope. Here is the lens 87d in 10 as one out of two lenses 88 . 90 existing Kittglied shown. In practice, however, the lens may comprise a plurality of lenses, some or all of which may also be composed of cemented lenses of individual lenses. The objective 87d is in a version 131 held, which over several applied rods 135 on actuators 133 is coupled. The actuators 133 are controlled by a controller (in 10 not shown) to the rods 135 in one direction 137 (the vertical direction in 10 ) shift to the lenses 88 . 90 of the lens 87d with respect to a major axis 50d one the lens 87d tilting beam path to tilt. In 10 is the lens 87d arranged in its initial position, so that a main plane 139 the lens 88 orthogonal to the major axis 50d is oriented.
11 zeigt
die variable optische Anordnung 21d in einem ausgelenkten
Zustand derart, daß ein
die Linse 87d durchsetzender Hauptstrahl 31d um
eine Strecke d parallel versetzt wird. Hierzu wurde der in 11 rechte
Aktuator 133 derart angesteuert, daß das Gestänge 135 in Richtung
des rechten Pfeils 137 nach oben verlagert wurde, und der
in 11 linke Aktuator 133 wurde derart angesteuert, daß dessen
Gestänge 135 in
Richtung des linken Pfeils 137 nach unten verlagert wurde,
um die Hauptebene 139 der Linse 88 um einen Winkel ε aus ihrer Ruhelage
um eine senkrecht zur Zeichenebene orientierte Achse zu verkippen,
was zu einem Versatz des Hauptstrahls 31d um die Strecke
d und damit eine Verlagerung des durch die Linse 87d abgebildeten
Objektfeldes um die Strecke d führt. 11 shows the variable optical arrangement 21d in a deflected state such that the lens 87d penetrating main beam 31d is offset by a distance d parallel. For this purpose, the in 11 right actuator 133 so controlled that the linkage 135 in the direction of the right arrow 137 was moved up, and the in 11 left actuator 133 was controlled so that the linkage 135 in the direction of the left arrow 137 was shifted down to the main level 139 the lens 88 to tilt an angle ε from its rest position about an axis oriented perpendicular to the plane of the drawing, resulting in an offset of the main beam 31d by the distance d and thus a shift of the through the lens 87d shown object field leads to the distance d.
In
den 10 und 11 sind
lediglich zwei Aktuatoren 133 dargestellt. Um eine unabhängige Verlagerung
des Objektfeldes in die x-Richtung und die y-Richtung zu erreichen,
sind allerdings wenigstens drei in Umfangsrichtung um das Objektiv 87d verteilt
angeordnete Aktuatoren notwendig.In the 10 and 11 are only two actuators 133 shown. In order to achieve an independent displacement of the object field in the x-direction and the y-direction, however, at least three in the circumferential direction around the lens 87d distributed arranged actuators necessary.
Die
anhand der 10 und 11 erläuterte variable
optische Anordnung 21d kann in ein Stereo-Operationsmikroskopiesystem
integriert werden, wie es vorangehend bereits anhand der 7 und 8 erläutert wurde.
Eine Benutzerschnittstelle kann dann dazu vorgesehen sein, um die
variable optische Anordnung 21d im Hinblick auf eine laterale Verlagerung
des durch das Stereo-Operationsmikroskopiesystem abgebildeten Objektfeldes
zu erzielen.The basis of the 10 and 11 explained variable optical arrangement 21d can be integrated into a stereo surgical microscopy system, as previously described with reference to 7 and 8th was explained. A user interface may then be provided to the variable optical device 21d with a view to a lateral displacement of the object field imaged by the stereo-surgical-microscopy system.
In
dem anhand der 10 und 11 erläuterten
Beispiel sind es die Linsen 88, 90, welche durch
Aktuatoren verkippbar in dem Strahlengang gehaltert ist, um die
variable optische Anordnung zu bilden. Es ist jedoch auch möglich, andere
Linsen des Stereo-Operationsmikroskops durch Aktuatoren kippbar
zu haltern, um eine laterale Verlagerung des durch das Stereo-Operationsmikroskopiesystems abgebildeten
Objektfeldes zu erzielen. Beispielsweise können Linsen der einzelnen Stereo-Teilstrahlengänge durch
Aktuatoren kippbar gehaltert sein. So ist es beispielsweise möglich, Linsen
der in den 7 und 8 dargestellten
Zoomsysteme 93 durch Aktuatoren kippbar auszubilden, um
den gewünschten Effekt
der Strahlablenkung zu erzielen.In the basis of the 10 and 11 Illustrated example, it is the lenses 88 . 90 which is supported by actuators tiltable in the beam path to form the variable optical arrangement. However, it is also possible to tiltably support other lenses of the stereoscopic surgical microscope by actuators to achieve lateral displacement of the object field imaged by the stereoscopic surgical microscopy system. For example, lenses of the individual stereo partial beam paths can be tiltably supported by actuators. So it is possible, for example, lenses in the 7 and 8th illustrated zoom systems 93 tiltable by actuators to achieve the desired effect of the beam deflection.
12 zeigt
ein Stereo-Mikroskop 71e vom Grenough-Typ. Das Stereo-Mikroskop 71e umfaßt für einen
jeden der beiden Stereo-Strahlengänge ein Okular 89e,
ein Zoomsystem 93e und ein Objektiv 87e, welches
mit einer variablen optischen Anordnung 21e kombiniert
ist. Die variable optische Anordnung 21e kann von dem anhand
der 1 bis 6 erläuteten Aufbau sein, das heißt wenigstens
eine Phasengrenzfläche 35e zwischen
zwei Flüssigkeiten mit
verschiedenem Brechungsindex ist durch eine Steuerung (in 12 nicht
dargestellt) derart ansteuerbar, daß zum einen durch Kippen der
Phasengrenzfläche 35e bezüglich einer
Zentralachse 49e der variablen optischen Anordnung 21e eine
Ablenkung des die variable optische Anordnung 21e durchsetzenden
Strahls erzielbar ist. Zum anderen ist die wenigstens eine Phasengrenzfläche 35e derart
ansteuerbar, daß eine
Krümmung
derselben änderbar ist,
um eine Brechkraft der variablen optischen Anordnung 21e zu ändern. Durch
entsprechende Ansteuerung der variablen optischen Anordnung 21e ist es
deshalb möglich,
einen Arbeitsabstand des Mikroskops 71e, das heißt einen
Abstand zwischen einer scharf abgebildeten Objektebene 73e und
einer der Objektebene 73e am nächsten angeordneten optischen
Komponente zu ändern.
In der in 12 dargestellten Ausführungsform
ist die der Objektebene 73e am nächsten angeordnete optische
Komponente die variable optische Anordnung 21e. Es ist
jedoch auch möglich,
die variable optische Anordnung an einer anderen Stelle in dem jeweiligen
Strahlengang vorzusehen, so daß das
Objektiv 87e die der Objektebene 73e am nächsten angeordnete
optische Komponente ist. 12 shows a stereo microscope 71e of the Grenough type. The stereo microscope 71e includes an eyepiece for each of the two stereo beam paths 89e , a zoom system 93e and a lens 87e , which with a variable optical arrangement 21e combined. The variable optical arrangement 21e can from the basis of the 1 to 6 be explained structure, that is at least one phase interface 35e between two liquids of different refractive index is controlled by a controller (in 12 not shown) such that on the one hand by tilting the phase interface 35e with respect to a central axis 49e the variable optical arrangement 21e a deflection of the variable optical arrangement 21e passing beam can be achieved. On the other hand, the at least one phase interface 35e be controlled such that a curvature thereof is changeable to a refractive power of the variable optical arrangement 21e to change. By appropriate control of the variable optical arrangement 21e It is therefore possible, a working distance of the microscope 71e that is, a distance between a sharply imaged object plane 73e and one of the object levels 73e to change the next arranged optical component. In the in 12 The embodiment shown is that of the object plane 73e The closest optical component is the variable optical array 21e , However, it is also possible to provide the variable optical arrangement at a different location in the respective beam path, so that the lens 87e the object level 73e is closest to the optical component.
Durch
entsprechende Ansteuerung der variablen optischen Anordnung 21e ist
es somit möglich, zum
einen die mit größerem Arbeitsabstand
angeordnete Objektebene 73e und zum anderen die mit einem
geringeren Abstand von der variablen optischen Anordnung 21e angeordnete
Objektebene 73'e jeweils
scharf als stereoskopisches Bild abzubilden.By appropriate control of the variable optical arrangement 21e Thus, it is possible, on the one hand, the object plane arranged at a greater working distance 73e and on the other hand with a smaller distance from the variable optical arrangement 21e arranged object plane 73'e in each case sharply as a stereoscopic image.
Gemäß Ausführungsformen
der Erfindung umfaßt
eine variable optische Anordnung einen Behälter, in welchen zwei Flüssigkeiten
mit voneinander verschiedenem Brechungsindex aufgenommen sind. An
einer Umfangswand des Behälters
verteilt sind mehrere Elektroden angeordnet, um Kontaktwinkel einer
Phasengrenzfläche
zwischen den beiden Flüssigkeiten
in Abhängigkeit
von einer Umfangsposition einstellen zu können. Die Anordnung wird bevorzugt als
Strahlablenker betrieben. Eine bevorzugte Anwendung der Anordnung
liegt im Bereich von Operationsmikroskopen, um eine Verlagerbarkeit
des Objektfeldes ohne mechanische Bewegung von Komponenten zu erzielen
und um insbesondere auch eine optische Kompensation von Schwingungen
zu ermöglichen.According to embodiments
of the invention
a variable optical arrangement a container in which two liquids
are recorded with different refractive indices. At
a peripheral wall of the container
distributed are a plurality of electrodes arranged to contact angle of a
Phase interface
between the two liquids
dependent on
to be able to adjust from a circumferential position. The arrangement is preferred as
Jet deflector operated. A preferred application of the arrangement
ranges from surgical microscopes to relocatability
of the object field without mechanical movement of components
and in particular also an optical compensation of vibrations
to enable.