WO2005122876A1 - Variable blende, bleuchtungseinrichtung, optische beobachtungseinrichtung sowie optisches beobachtungsgerät - Google Patents

Variable blende, bleuchtungseinrichtung, optische beobachtungseinrichtung sowie optisches beobachtungsgerät Download PDF

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WO2005122876A1
WO2005122876A1 PCT/EP2005/006406 EP2005006406W WO2005122876A1 WO 2005122876 A1 WO2005122876 A1 WO 2005122876A1 EP 2005006406 W EP2005006406 W EP 2005006406W WO 2005122876 A1 WO2005122876 A1 WO 2005122876A1
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variable
light
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diaphragm
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Andreas Obrebski
Anton Moffat
Markus Strehle
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Carl Zeiss Surgical Gmbh
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    • A61B3/00—Apparatus for testing the eyes; Instruments for examining the eyes
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    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/005—Diaphragms

Definitions

  • Variable aperture, lighting device, optical observation device and optical observation device are Variable aperture, lighting device, optical observation device and optical observation device
  • the present invention initially relates to a variable diaphragm for a lighting device and / or an observation device according to the preamble of claim 1. Furthermore, the invention relates to a
  • Illumination device for generating structured illumination for an optical observation device according to the preamble of claim 15 and an optical observation device according to the preamble of claim 27.
  • the invention also relates to an optical observation device according to the preamble of claim 42.
  • an observation device can be, for example, a microscope, for example a stereomicroscope.
  • Such microscopes can be designed, among other things, as surgical microscopes, for example in the form of a so-called ophthalmology microscope for performing eye operations.
  • An illumination device can then be provided in order to generate a suitable illumination beam path for working with the surgical microscope.
  • the microscopic image is affected by reflected light from surrounding areas. If the illuminated field is reduced to such a small area, however, the surgeon easily loses the overview of the position of his important details in the entire operating field.
  • a light trap for eye examination devices is described in DE 33 39 172 A1.
  • the aim of the light trap is to reduce the burden on the patient during the operation on the eye in that the light beam strikes the patient
  • Illumination beam path to the retina is prevented.
  • a light-absorbing layer is arranged in a plane conjugated to the object plane, which layer is expediently designed as an opaque central part of an annular aperture. This enables central shading, which advantageously corresponds to the diameter of the patient's pupil.
  • a disadvantage of this known solution is that the projected black spot is invariable and has a constant diameter. Still located the light trap is in a rigid, unchangeable position within the illumination beam path.
  • an illumination device for a microscope having a light source and an illumination optics.
  • an element is provided for producing a variable light incidence opening (hereinafter referred to as a variable aperture), which is formed from a matrix of switchable points, the light emitted by the light source being directed onto an object via the at least one variable aperture.
  • the variable aperture is a so-called LCD matrix.
  • An LCD matrix is generally a liquid crystal display in the form of a passive electro-optical converter, which means that extraneous light is required.
  • a liquid crystal display is based on the basic mode of operation that liquid crystals form in certain organic chemical substances. These substances have a crystalline-liquid state within a certain temperature range, in which they are already liquid on the one hand, but on the other hand the crystal structure is still present in the geometric arrangement of the molecules. In this crystalline liquid phase, these substances can be influenced by electrical fields. In the known solution, any transparent / opaque pattern is generated on the LCD matrix via a control device.
  • DE 198 12 050 A1 describes an arrangement and a method for illuminating a stereoscopic eye microscope, in which a variable diaphragm is also generated by an LCD matrix.
  • This known solution describes an ophthalmic device, such as a slit lamp, or a visual inspection device or a combination of these devices, in which an LCD matrix is used for variable illumination of the patient's eye with light fields of different geometries.
  • the illumination of the patient's eye is generated by means of LCD chip modules which can be controlled electronically with regard to their light transmission, light reflection or light emission.
  • the variable diaphragm in the form of an LCD matrix made of switchable points is located in the illumination beam path. From DE 103 00 925 A1, however, it is also generally known to provide a switchable diaphragm in the form of a liquid crystal diaphragm in the observation beam path of a microscope.
  • variable diaphragms In all of the above cases, a light source is provided which generates and emits unpolarized light.
  • a disadvantage of the solutions known from the prior art is therefore that the LCD matrices used as variable diaphragms can be controlled point by point, but can only work with polarized light. This means that a large part of the light intensity is lost in the observation beam path or in the illumination beam path.
  • the variable diaphragms known from the prior art are defined within the respective beam paths.
  • the present invention is based on the object of developing the variable diaphragm, the lighting device and the optical observation device of the type mentioned at the outset in such a way that the disadvantages described above are avoided.
  • solutions are to be provided in which elements used to generate a variable light opening (variable diaphragms) can be operated with as little loss as possible with the greatest possible variability.
  • variable aperture according to the invention, the inventive
  • variable diaphragm is designed in a special way.
  • the variable diaphragm is designed in such a way that it can be easily varied with regard to the light field geometry it generates.
  • the variable diaphragm - in particular electronically - is controlled from the outside, preferably by a control device.
  • the variable aperture light loss according to the invention can be operated in a reduced manner.
  • variable diaphragm with the features according to independent claim 1 the lighting device with the features according to independent claim 15, the optical observation device with the features according to independent claim 27 and the optical observation device with the features according to the independent Claim 42.
  • variable diaphragm is provided for an illumination device and / or an observation device within an optical observation device for imaging an object and / or an intermediate image generated by an object.
  • the variable diaphragm can be provided for at least one beam path of the lighting device or of the observation device, or can be integrated therein.
  • the variable diaphragm it is also possible for the variable diaphragm to be provided or integrated both in at least one beam path of the lighting device and in at least one beam path of the observation device.
  • this variable diaphragm is characterized in that it can be controlled in certain areas to generate a specific lighting geometry and that the variable diaphragm is designed to use all polarization directions of the light from a light source.
  • variable diaphragm is designed in such a way that it can be used to generate a specific lighting geometry, for example in an object field.
  • the invention is not limited to the generation of certain lighting geometries.
  • the lighting geometry can also be variable, which means that it can be adapted to changing conditions during operation and changed accordingly. Non-exclusive examples of this are explained in more detail in the further course of the description.
  • Another basic feature provides that the variable diaphragm can be controlled at least in certain areas in order to be able to set the variable lighting geometries.
  • the invention is not limited to specific sizes and / or shapes of areas. In the simplest case, a single point can be controlled in such a way.
  • variable diaphragm is formed from a matrix consisting of individual points
  • one or more points can be controlled individually or in groups, in the latter case individual points can be combined into one area.
  • the invention is not limited to specific embodiments.
  • variable diaphragm is designed such that light from a light source passing through it, for example the illuminating light - in particular in the area after the variable diaphragm or where the illuminating light strikes the object to be illuminated, has an effectiveness of greater than 40%. This means that there are no longer any polarization-related light losses, as was the case with some solutions from the prior art.
  • the variable diaphragm according to the invention provides a solution whose lighting geometry can be changed locally, wherein in particular each point of a corresponding diaphragm matrix can be controlled independently and independently. By using such a variable aperture, a light-efficient aperture can be realized in particular.
  • variable aperture is not limited to use in certain lighting devices or optical observation devices.
  • variable diaphragm can be designed to reflect and / or transmit light. Transmission of light means that a light beam can pass through the variable aperture.
  • the variable diaphragm can preferably be controlled in such a way that the areas of the illumination geometry intended for the transmission of a light beam are switched to be transparent, or at least translucent. If the variable aperture to reflect
  • a light beam strikes the surface of the diaphragm, preferably at a defined angle, and is reflected by it at a defined angle.
  • the areas of the illumination geometry which are intended for reflection are switched in a reflective, for example reflective, manner.
  • variable diaphragm The invention is not restricted to certain constructive embodiments for the variable diaphragm. Some non-exclusive examples are explained in more detail below.
  • Element is formed. This means that a light source is integrated in the variable aperture.
  • the invention is not restricted to certain types of light sources.
  • the variable diaphragm is preferably formed from a matrix of micro light sources that can be switched in certain areas.
  • the miniature light sources are preferably of a size that is smaller than the overall arrangement of the overall light source.
  • the miniature light sources are preferably selective light sources. It is advantageous each individual miniature light source can be controlled individually and independently of other miniature light sources, wherein in turn several miniature light sources can be combined into one light source area.
  • the micro light sources advantageously have a diameter of less than / equal to 2 cm, preferably less than / equal to 1 cm, preferably less than / equal to 0.5 cm and very particularly preferably less than / equal to 0.2 cm.
  • variable diaphragm can be formed particularly advantageously from a matrix of regionally switchable light-emitting diodes (LED), in particular organic light-emitting diodes (OLED).
  • LED light-emitting diodes
  • OLED organic light-emitting diodes
  • LCDs which require white (compact fluorescent) backlighting
  • OLEDs themselves light up as Lambert emitters (surface emitters).
  • OLEDs offer good light efficiency and small structures without dark gaps.
  • a display made of OLEDs or LEDs can be used, for example, in the plane of an aperture to be used. Depending on the desired lighting geometry, some of the miniature light sources can be switched on and others can remain switched off. Compared to LEDs, the fill factor is higher for OLEDs, which means that a higher packing density can be achieved.
  • the use of a display made of LEDs or OLEDs enables programmable and, for example, also automatable switching of different lighting modes without having to move mechanical components, such as phase contrast rings, filters, attenuators and the like.
  • White OLEDs for example, whose spectrum is determined by a mixture of organic molecules, are particularly suitable.
  • colored OLEDs can also be used, which can be used, for example, for special lighting purposes (for example red reflex lighting) or the like.
  • other types of micro light sources can also be used, in particular a light source that is polarized from the outset, such as a laser or the like.
  • variable diaphragm can be designed, for example, as a passive optical element. This means that no light source is integrated in the variable diaphragm, but that the light source is in the beam path, for example in the illuminating beam path and / or in
  • variable diaphragm Observation beam path, arranged in front of the variable diaphragm.
  • the invention is not restricted to certain types of variable diaphragms. Some non-exclusive examples are described below in this regard.
  • variable diaphragm can have a matrix of switchable points in the form of an LCD matrix.
  • reference is also made in full to the corresponding statements below regarding the illumination device according to the invention and the observation device according to the invention, and reference is hereby made.
  • the light emitted by the light source is or is polarized.
  • a device for linear polarization (polarization device) of the light emitted from the light source to be provided in the beam path after a light source which emits unpolarized light and in front of the variable diaphragm.
  • the invention is not limited to specific types of polarization devices or configurations of polarization devices. It is only important that the polarization device is capable of low-loss polarization of the emitted light.
  • the polarization device is arranged in front of the variable pupil in the illumination beam path.
  • variable diaphragm can be designed on the basis of electrical wetting (electrowetting). This also makes it possible to provide a light-efficient diaphragm that can be controlled point by point.
  • the variable diaphragm is constructed in the form of a matrix of switchable points, the switchability being able to be achieved, for example, by activation with electrical voltage. It is provided that the principle of so-called electrowetting is used to design the variable diaphragm.
  • An implementation of the principle of electrical wetting in a variable screen can provide that it has at least one receptacle which contains a first flexible medium and a second flexible medium, the media being immiscible and touching at an interface.
  • Means for changing the size and / or shape of the interface between the media should also be provided.
  • the invention is not restricted to certain media types. It is only important that the media are flexible in form. “Flexible in shape” in the light of the present description means that the media have no rigid surface, but that the shape of the media within the receptacle can change.
  • the flexible media can be a liquid a gel or the like, for example, but not exclusively, one of the flexible media can be water or water with additives such as salts and the like, and the other flexible medium can be an oil.
  • one of the flexible media is at least partially transparent, while the other flexible medium is not transparent.
  • the two form-flexible media can, for example, have the same or at least a similar density.
  • the principle of electrical wetting via the generation of an electrical field can now provide that the first flexible medium and the second flexible medium have different electrical conductivity.
  • the medium with the lower electrical conductivity for example an oil
  • the medium with the higher electrical conductivity for example water or water with additives and at least one electrode. It can be provided that the medium with the lower electrical conductivity is arranged on one surface of a substrate, while the at least one electrode is arranged on the other surface of the substrate. If an electrical field is now applied between the at least one electrode and the medium with the greater electrical conductivity, the interface between the two flexible media is changed.
  • WO 03/069380 A1 the disclosure content of which is included in the description of the present invention.
  • the term “electrical networks” is also to be understood as another solution that works according to the above-mentioned principle, but in which a change in the interface is not brought about by the application of an electrical field.
  • the means for changing the interface between the two flexible media can be designed, for example, in such a way that they exert pressure on the first and / or second medium, the interface between the two media being exerted by the application of the pressure changed.
  • Such means can be designed in a structurally simple and energy-saving manner, such means often only requiring very small control voltages.
  • the means for changing the interface are designed as mechanical means in such a case are. This can be, for example, a piston device or a cylinder device.
  • the means for changing the interface are in the form of a controllable membrane.
  • the invention is not limited to the examples mentioned above.
  • variable diaphragm which works on the principle of electrical wetting, can be designed in different ways.
  • the at least one variable diaphragm has a matrix of controllable points, in which the points are formed from a number of independent drops of one of the form-flexible media, in particular the form-flexible medium with a lower electrical conductivity.
  • the drops can be surrounded by the other medium that is flexible in shape, in particular the medium with greater electrical conductivity.
  • the medium which surrounds the drops of the other medium is air.
  • the one flexible medium is not arranged on a substrate in the form of drops, but in the form of a continuous medium film.
  • This medium consists in particular of a material with low electrical conductivity.
  • the second flexible medium in particular a medium with greater electrical conductivity, can then be located above this medium film. If an electric field is now applied between an electrode and the first flexible medium with the greater electrical conductivity, this means that the wettability of the flexible medium with the greater electrical conductivity changes. For example, this can cause the film with the medium with the lower electrical conductivity to be pushed aside. If this medium film is formed from a non-transparent material, for example, the color of the corresponding area of the variable aperture can change.
  • the receptacle delimiting walls are made of a transparent material and if it is further assumed that a possible electrode is also made of a transparent material, it can be achieved in this way that the variable diaphragm at least in regions by applying an electrical field from the state "opaque” can be brought into the state "translucent", and vice versa.
  • the at least one variable diaphragm has a matrix of controllable cells, each cell being designed in particular in a manner as described above.
  • An arrangement in which such a cell matrix is described is known, for example, from WO 03/071235 A2, the disclosure content of which is included in the description of the present invention.
  • an illumination device for generating structured illumination for an optical observation device for imaging an object and / or an intermediate image generated by an object, in particular for a stereoscopic observation device, is provided, with a light source and with at least one provided in an illumination beam path variable aperture.
  • the lighting device is characterized according to the invention in that it has at least one variable diaphragm according to the invention as described above.
  • At least one variable diaphragm can be designed, for example, as an active optical element.
  • at least one variable diaphragm can be designed, for example, as a passive optical element. This means that the light source in the Illumination beam path is arranged in front of the at least one variable diaphragm. The light emitted by the light source is then directed via the at least one variable diaphragm onto an object to be illuminated.
  • At least one active and also at least one passive variable diaphragm to be provided in the illumination beam path.
  • An illumination optics can advantageously also be provided between the light source and the at least one variable diaphragm.
  • the light emitted by the light source is or is polarized.
  • a light source that is polarized from the outset for example a laser light source or the like, is used.
  • a device for linear polarization (polarization device) of the light emitted from the light source is provided in the illuminating beam path after the light source and before the variable diaphragm. This is advantageous, for example, if the at least one variable diaphragm has a matrix of switchable points in the form of an LCD matrix.
  • the invention is not limited to specific types of polarization devices or configurations of polarization devices. It is only important that the polarization device is capable of low-loss polarization of the emitted light. According to the invention, the polarization device is arranged in front of the variable diaphragm in the illumination beam path.
  • an ordinary unpolarized light source can be used as the light source.
  • the unpolarized light emitted from this light source is then polarized with little loss by means of the polarization device, which will be explained in the further course of the description. Then the now polarized light enters the variable aperture.
  • variable aperture is preferably positioned on different levels depending on the application. For example, it can be provided in ophthalmology that the variable diaphragm is placed in the same plane as the retina protective diaphragm known from DE 33 39 172. In neurosurgery, the variable aperture could ensure that only light is injected into the deep surgical channel and that the skin and the surgical instruments do not shine. The same applies to the ear, nose and throat area. In the dental field, reflections from the teeth and metal crowns could be specifically attenuated or suppressed with the illumination device according to the invention.
  • a particularly advantageous embodiment of the lighting device provides that the lighting device is part of an operating microscope and a combination of a variable diaphragm, which is arranged in a plane conjugated to the corresponding plane of interest within the lighting beam path, is provided with a polarization device, the polarization device being a converter of unpolated light acts in polarized light.
  • the lighting device can advantageously have one or more diaphragms. Individual panels can be fixed, while other panels are designed variably in the manner described above.
  • the invention is however not limited to a certain number of diaphragms in the illumination beam path or to a certain configuration of the individual diaphragms. According to the invention, only at least one of the diaphragms should be designed as a variable diaphragm in the manner described above.
  • the LCD matrix is formed as at least one flat matrix with a number of optoelectronic LCD cells and the means for electronically controlling the LCD cells are provided.
  • Such a configuration of the LCD matrix makes it possible for it to be controlled in a particularly targeted manner in order to set suitable luminous field geometries.
  • the more LCD cells in the LCD matrix the more precisely and finer the variable aperture can be controlled.
  • the LCD matrix or the individual LCD cells are preferably controlled electronically, for which purpose suitable means, for example in the form of a control device or the like, can be provided.
  • the polarization device is part of the illumination optics and that such optical elements of the illumination optics, which may lie in the illumination beam path between the polarization device and the variable diaphragm, are designed as polarization-maintaining elements.
  • the invention is not restricted to specific configurations of the polarization device.
  • some non-exclusive examples are described in this regard, wherein polarization devices are already generally known from the prior art, but here in a different context.
  • linearly polarized light when using an LCD matrix, linearly polarized light must be used as a variable diaphragm in an optical path, in particular an illuminating beam path, in particular in an operating microscope.
  • an ordinary, non-polarized light source as described for example in DE 196 44 662 A1
  • Illumination device or an optical observation device coupled to the illumination device can be thermally stressed.
  • the heat load would thus decrease significantly and the light source could be dimensioned much smaller, which on the one hand means a cost saving and on the other hand the use of a large bandwidth light sources allows, as for example, LED's or the like.
  • the polarization device has at least one beam splitter for tracking the light emitted by the light source into two or more partial beams with different polarization directions.
  • the invention is not limited to certain configurations for the beam splitter.
  • At least one further optical element is provided downstream of the at least one beam splitter and is designed in such a way that the two separate partial beams of different polarity are subsequently thrown adjacent to the LCD matrix.
  • At least one optical element is provided downstream of the at least one beam splitter and is designed in such a way that the two separate partial beams of different polarity are thrown onto different LCD matrices. These LCD matrices can then be rotated 90 degrees relative to one another, for example, and appropriately controlled.
  • Such a solution is described, for example, in EP 0 372 905 A2, the disclosure content of which is included in the description of the present invention.
  • the at least one beam splitter is designed to track the light emitted by the light source into two — preferably perpendicularly — polarized partial beams, one partial beam having a desired polarization and the other partial beam having an undesired polarization.
  • at least one further optical element is provided in order to transform the light with the undesired polarization into the desired polarization. Then the two now equally polarized partial beams are superimposed. The partial beams superimposed in this way can then be thrown spatially directly adjacent to the LCD matrix.
  • variable diaphragm of the illumination device can also be designed, for example, as a so-called retinal protective diaphragm.
  • At least one variable diaphragm is arranged within the illumination beam path in a defined plane, in particular in a conjugate or an essentially conjugate plane to the plane in which the structured illumination is desired.
  • variable diaphragm is located at a fixed location within the illumination beam path.
  • at least one variable diaphragm is arranged to be displaceable within the illuminating beam path, both longitudinally and transversely.
  • a suitable control device can advantageously be provided for controlling the at least one variable diaphragm or at least individual areas or elements of the variable diaphragm.
  • Such a control device can in particular have a computer unit, so that the control of the variable diaphragm can be carried out very precisely.
  • means for moving the lighting geometry - for example a diaphragm opening - can be provided for at least one variable diaphragm, these being provided in particular for tracking the diaphragm geometry - for example a diaphragm opening - with respect to a movement of the object to be illuminated.
  • These means are advantageously suitable program means or software. It can thus be achieved that the lighting geometry is "taken along" when the object to be illuminated moves. This is to be illustrated by means of a concrete, non-exclusive example.
  • variable diaphragm is, for example, a retina protective diaphragm and the object to be illuminated is an eye
  • suitable means for example suitable software
  • the diaphragm or a targeted darkening on a certain area of the eye for example on the area of the pupil.
  • the dark area of the protective screen is automatically adjusted by switching the corresponding points or areas of the variable screen. This ensures that the sensitive area of the eye is always darkened by the protective cover, even when the eye is moving.
  • the software solution has the advantage that this can be done automatically, which considerably simplifies the work of an operator.
  • an optical observation device for imaging an object and / or an intermediate image generated by an object, in particular a stereoscopic one Observation device provided, with at least one observation beam path, comprising an objective element with an optical axis and an object plane for arranging the object to be imaged or the intermediate image, wherein at least one variable aperture is provided in the observation beam path, characterized in that at least one variable aperture in the form of a like variable aperture according to the invention described above is formed.
  • the light which uses the variable diaphragm advantageously has its light origin in the object being observed or in the light scattered by the object being observed.
  • variable diaphragm is constructed similarly to the corresponding variable diaphragm in the illuminating beam path, which has already been explained in detail above, so that reference is also made and referred to in this regard to the corresponding statements.
  • a light-efficient diaphragm control can now also be implemented in the observation beam path of the observation device.
  • the aperture selection in the observation beam path can now also be flexible.
  • Observation device has a lighting device according to the invention as described above.
  • the invention is not restricted to specific configurations for the optical observation device.
  • the invention is also not restricted to a specific number of observation beam paths.
  • two or more observation beam paths are provided, which are combined in particular in the form of one or more pairs of observation beam paths.
  • at least one variable diaphragm can be provided for each beam path. It is also conceivable that at least one common variable diaphragm is provided for two parallel observation beam paths.
  • At least one variable diaphragm can have an LCD matrix, a device for linear polarization (polarization device) of the light coming from the light source being provided in the observation beam path after the light source and before the variable diaphragm ,
  • polarization device a device for linear polarization of the light coming from the light source being provided in the observation beam path after the light source and before the variable diaphragm
  • Polarization device have at least one optical element which is designed as a polarization-maintaining element.
  • At least one variable diaphragm can advantageously have an LCD matrix, the LCD matrix being formed as at least one flat matrix with a number of optical / electronic LCD cells and means being provided for electronically actuating the LCD cells.
  • At least one variable diaphragm can preferably be formed in the observation beam path on the basis of electrical wetting (electrowetting). It is advantageously provided that at least one variable diaphragm in the observation beam path has at least one receptacle which contains a first flexible medium and a second flexible medium, the media being immiscible and touching at an interface, and furthermore means for changing the size and / or shape of the interface between the media are provided.
  • the first form-flexible medium and the second form-flexible medium can have the same or approximately the same density in order to compensate for gravitational differences.
  • the first flexible medium and the second flexible medium can advantageously have a different electrical conductivity, the medium with the lower electrical conductivity being arranged between the medium with the higher electrical conductivity and at least one electrode and wherein an electrical field is applied between the one Electrode and the medium with the greater electrical conductivity the interface between the two flexible media is changed.
  • Observation beam path have a matrix of controllable points, in which the points are formed from a number of independent drops of one of the shape-flexible media, in particular the shape-flexible medium with a lower electrical conductivity, and the drops from the other shape-flexible medium, in particular the medium surrounded by greater electrical conductivity.
  • the second flexible medium with the lower electrical conductivity is designed as a continuous film, as has already been explained above in connection with the lighting device according to the invention. In this regard, reference is made to the corresponding statements and reference.
  • Embodiment can also be provided that the at least one variable aperture in the observation beam path is designed as a matrix of controllable cells, wherein each cell can be designed in the manner described above.
  • At least one variable diaphragm is preferably arranged in a defined plane, in particular the pupil plane, within the observation beam path.
  • the variable diaphragm can, for example, be arranged fixed in the observation beam path.
  • at least one variable diaphragm can be arranged displaceably within the observation beam path.
  • a control device for controlling the at least one variable diaphragm can advantageously be provided.
  • the control of the variable aperture can also be used to suppress disturbing light reflections that especially in a video surgical microscope with its linear detectors in light intensity can cause very serious problems.
  • an active control loop is advantageously provided, which detects an overload of the detector pixels and darkens corresponding pixels of the matrix of the variable diaphragm in the observation beam path.
  • an optical observation device which is characterized according to the invention by a variable diaphragm according to the invention as described above and / or by an illumination device according to the invention as described above and / or by an observation device according to the invention as described above.
  • the optical observation device is advantageously one for imaging an object and / or one generated by an object
  • the observation device can in particular be designed as a stereoscopic observation device.
  • the optical observation device is particularly advantageously designed as an operating microscope, for example as an operating microscope that can be used in the ophthalmology area, in the neuroscale area, in the ENT area, in the dental area or the like.
  • the lighting device according to the invention is created for an optical device, the invention not being restricted to certain types of optical devices.
  • the lighting device can be used wherever structured, selective lighting is required.
  • the lighting device can be used both in the medical and in the non-medical field. Some non-exclusive examples are described below.
  • the lighting device according to the present invention can also be used to mark specific locations on surfaces Chopper / shutter replacement or the like can be used.
  • the illumination device can be used for an optical observation device for imaging an object and / or an intermediate image generated by an object, which can be, for example, a microscope, for example an operating microscope or the like.
  • FIG. 1 shows an observation beam path and an illumination beam path within an operating microscope, in which the present invention is implemented
  • Figure 2 is a schematic representation to explain the principle of electrical networking
  • FIG. 3 shows an illumination beam path with a variable diaphragm configured as an LCD matrix and a polarization device connected upstream according to a first embodiment
  • FIG. 4 shows an illumination beam path with a variable diaphragm configured as an LCD matrix and a polarization device connected upstream according to a second embodiment.
  • FIG. 1 shows a section of an optical observation device 10, which is designed as an operating microscope, in the present example as an ophthalmology microscope for eye operations.
  • the surgical microscope 10 has at least one observation beam path 20 and one illumination beam path 30 of an illumination device 35.
  • the Illumination device 35 and the optical elements of the observation beam path 20 are located in a microscope housing 15.
  • the object 11 to be examined is located in an object plane 24, in the present example an eye, of which the cornea 12, the iris 13 and the lens 14 are also shown.
  • the object 11 to be examined is located in the optical axis 21 of the observation beam path 20, in which an objective element 22 and further optical elements in the form of intermediate lenses 23 are also arranged, which can represent, for example, a magnification system.
  • the object 11 to be examined is illuminated by the illumination device 35 and the generated illumination beam path 30.
  • a light source 31 is initially provided, which emits illuminating light.
  • the illuminating beam path 30 passes through an illuminating optic which has a condenser system 32.
  • the illumination beam path 30 is directed onto the object 11 to be examined via deflection elements 33 and 16.
  • an element 40 is provided in the illumination beam path 30 for producing a light incidence opening (diaphragm).
  • the diaphragm 40 is arranged in a defined plane 34 within the illumination beam path 30, which in the present example is a plane conjugated to the object plane or an essentially conjugated plane in which the structured illumination is desired.
  • the diaphragm 40 has transparent areas 43 through which the illuminating beam path 30 can pass.
  • the screen 40 has non-transparent areas 42 through which no illuminating light can pass.
  • Shading 17 are generated on the eye 11 to be examined, which preferably corresponds to the pupil diameter of the patient's eye 11.
  • the aperture 40 can therefore be a retinal protective aperture.
  • the aperture 40 is designed as a variable aperture, which means that a variable light incidence opening can be created.
  • the diaphragm 40 can be arranged fixedly or displaceably in the illumination beam path 30.
  • the variable aperture 40 consists of a matrix of switchable
  • This can be a matrix of LCD cells, for example. In another embodiment, it can be a matrix that works according to the so-called electro wetting principle. These two principles are explained in more detail in connection with FIGS. 2 and 3.
  • a diaphragm designed in this way is advantageously controlled electronically, which can be done via a corresponding control device 41.
  • the variable diaphragm 40 or its points are controlled via the control device 41, each point being able to be controlled individually. This makes it possible for each individual point to be changed in terms of its translucency via the control, so that the desired shadowing can be generated on the patient's eye 11 in a simple manner.
  • At least one variable diaphragm 40 is provided in the illumination beam path 30. It is also possible that at least one variable aperture 40 is provided in the observation beam path 20.
  • the first medium 54 is a electrically conductive medium such as water or water with added salt. This first medium is transparent.
  • the second medium 55 is an electrically less conductive to electrically insulating medium, for example an oil. The second medium 55 should not be transparent.
  • the receptacle 50 is delimited by a cover element 53 and a substrate 52, which is, for example, a dielectric layer and on which at least one first electrode 51 is arranged on the underside (the surface facing away from the interior of the container).
  • a cover element 53 is delimited by a cover element 53 and a substrate 52, which is, for example, a dielectric layer and on which at least one first electrode 51 is arranged on the underside (the surface facing away from the interior of the container).
  • a substrate 52 which is, for example, a dielectric layer and on which at least one first electrode 51 is arranged on the underside (the surface facing away from the interior of the container).
  • At least one second electrode 57 is provided within the receptacle 50 and in connection with the electrically conductive medium 54.
  • An electrical field 58 can be generated via the two electrodes 51, 57. In the presence of such an electrical field 58, which is caused by a voltage between the electrically conductive medium 54 (via the electrode 57) and the electrode 51, the wetting of the first medium 54 can be changed significantly.
  • the electrically non-conductive, opaque medium 55 covers the entire substrate 52.
  • a light beam entering via the transparent cover element 53 cannot consequently pass through the receiving container 50.
  • a voltage is applied, the wettability of the surface on which the electrically conductive medium 54 lies is increased, as a result of which the interface 56 between the two media 54, 55 changes.
  • This state is shown in Figure 2b.
  • the medium 55 then has a much more compact contour.
  • the medium 55 "migrates" and releases a part of the transparent substrate 52, so that a light beam can pass through the cover element 53, the transparent first medium 54, the transparent substrate 52 and the transparent electrode 51.
  • a light transmission results.
  • a suitable voltage can be applied via the control device 41 (FIG. 1), so that the light transmission of the variable diaphragm can be controlled punctually and precisely.
  • FIG. 3 shows a solution in which the variable diaphragm 40 from FIG. 1 is constructed in the form of an LCD matrix consisting of a number of LCD cells 67.
  • a polarization device 60 is provided in order to convert low-loss unpolarized light into polarized light.
  • unpolarized light beams 61 Light in the form of unpolarized light beams 61 is emitted from the light source 31 (FIG. 1).
  • the unpolarized light beams pass through a beam splitter 62, where they are spatially divided into two partial beams with different polarization.
  • the one partial beam 65 with the desired polarization passes through the beam splitter 62 and is thrown onto the LCD matrix.
  • the other partial beam with an undesired polarization is fed via an deflection element 63 to an optical element 64 for rotating the direction of polarization. There, the direction of polarization is rotated, for example by 90 °, so that the partial beam 66 leaving the optical element 64 now has the same polarization direction as the partial beam 65.
  • Both partial beams 65, 66 can now be superimposed and spatially thrown onto the LCD matrix ,
  • FIG. 4 shows another solution in which the variable diaphragm 40 from FIG. 1 is constructed in the form of an LCD matrix consisting of a number of LCD cells 67.
  • a polarization device 60 is provided in addition to the LCD matrix.
  • variable aperture 40 is to be located in the observation beam path 20 (FIG. 1) of the surgical microscope 10.
  • the light that uses the variable diaphragm 40 has its origin this time in the observed object or in the light scattered by the observed object.
  • the light beams 61 pass through a beam splitter 62, where they are spatially divided into two partial beams.
  • the one partial beam 65 passes through the beam splitter 62 and is thrown onto the LCD matrix 67.
  • the other partial beam 66 is deflected via a mirror 68 which maintains the polarization and is likewise directed onto the LCD matrix 67.
  • a further mirror 68, which maintains the polarization, and a further beam splitter 62 are provided in the beam path after the LCD matrix 67 in order to again influence the course of the partial beams 65, 66.
  • Such an arrangement could, for example, also be implemented in an illumination beam path 30 (FIG. 1), for example if any kind of polarization effects are to be avoided there.
  • a light-efficient diaphragm control can be generated particularly advantageously in the illumination beam path and / or in the observation beam path of the surgical microscope 10.
  • Polarization device unpolarized light
  • LCD cell a mirror that maintains polarization

Abstract

Es wird unter anderem eine variable Blende für eine Beleuchtungseinrichtung und/oder für eine Beobachtungseinrichtung innerhalb eines optischen Beobachtungsgeräts zur Abbildung eines Objekts und/oder eines von einem Objekt erzeugten Zwischenbildes, insbesondere für ein stereoskopisches Beobachtungsgerät, beschrieben, wobei die variable Blende für wenigstens einen Strahlengang der Beleuchtungseinrichtung und/oder für einen Strahlengang der Beobachtungseinrichtung vorgesehen ist. Erfindungsgemäß ist die variable Blende zur Erzeugung einer bestimmten Beleuchtungsgeometrie bereichsweise ansteuerbar. Weiterhin ist die variable Blende zur Nutzung von allen Polarisationsrichtungen des Lichts einer Lichtquelle ausgebildet. Weiterhin werden auch eine Beleuchtungseinrichtung, eine optische Beobachtungseinrichtung sowie ein optisches Beobachtungsgerät beschrieben.

Description

Beschreibung
Variable Blende, Beleuchtungseinrichtung, optische Beobachtungseinrichtung sowie optisches Beobachtungsgerät
Die vorliegende Erfindung betrifft zunächst eine variable Blende für eine Beleuchtungseinrichtung und/oder eine Beobachtungseinrichtung gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Weiterhin betrifft die Erfindung eine
Beleuchtungseinrichtung zur Erzeugung einer strukturierten Beleuchtung für ein optisches Beobachtungsgerät gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 15 sowie eine optische Beobachtungseinrichtung gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 27. Schließlich betrifft die Erfindung auch ein optisches Beobachtungsgerät gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 42.
Beleuchtungseinrichtungen, Beobachtungseinrichtungen sowie Beobachtungsgeräte der genannten Art sind im Stand der Technik auf vielfältige Art und Weise bekannt. In einer Ausführungsvariante kann es sich bei einem Beobachtungsgerät beispielsweise um ein Mikroskop, etwa ein Stereomikroskop, handeln. Solche Mikroskope können unter anderem als Operationsmikroskope ausgebildet sein, beispielsweise in Form eines sogenannten Ophthalmologiemikroskops zur Durchführung von Augenoperationen. Eine Beleuchtungseinrichtung kann dann vorgesehen sein, um für die Arbeit mit dem Operationsmikroskop einen geeigneten Beleuchtungsstrahlengang zu erzeugen.
In der Mikroskopie, insbesondere bei den Operationsmikroskopen, ist es oftmals gewünscht, gezielt bestimmte Bereiche zu beleuchten und wiederum andere von der Beleuchtung auszuschließen. Beispielsweise ist es in der Ophthalmologie gewünscht, dass die manchmal farbige Rotreflexbeleuchtung nur in die Pupille eingekoppelt wird, damit das Operationsfeld nicht farblich verfälscht wird. Dagegen soll die Operationsfeldbeleuchtung nicht in die Pupille gelangen, damit die Netzhaut nicht zusätzlich belastet wird. Zum Schutz der Netzhaut des Patientenauges während einer Operation unter einem Operationsmikroskop werden dafür beispielsweise undurchsichtige Gelatinescheiben oder ein schwarzer Fleck in der Beleuchtung des Mikroskops verwendet, um zu verhindern, dass zuviel Licht auf die Netzhaut des Patienten gelangt und dort zu irreversiblen Schäden führt.
Bei Kataraktoperationen ist es nach dem Entfernen der Augenlinse erforderlich, alle Reste der defekten Linse vollständig abzusaugen. Dazu bewährt sich unter dem Mikroskop die sogenannte regrediente Beleuchtung, bei der durch die Pupille auf der Netzhaut eingestrahltes Licht dort reflektiert wird und die noch verbliebenen Linsenreste von hinten beleuchtet, sodass diese leichter zu erkennen sind. Dabei stören den Operateur Lichteindrücke, die aus dem die Pupille umgebenden Feld in das Mikroskop reflektiert werden.
Bei Operationen in kleinsten Arealen wird das mikroskopische Bild durch reflektiertes Licht aus umgebenden Arealen beeinträchtigt. Bei Reduktion des beleuchteten Feldes ausschließlich auf ein solches kleines Areal verliert jedoch der Operateur leicht die Übersicht zur Position seines wichtigen Details im gesamten Operationsfeld.
Um diese Problematik zu bewältigen, ist in der DE 33 39 172 A1 eine Lichtfalle für Augenuntersuchungsgeräte beschrieben. Mit Hilfe der Lichtfalle soll erreicht werden, dass während der Operation am Auge die Belastung des Patienten dadurch verringert wird, dass das Auftreffen des Lichtstrahls eines
Beleuchtungsstrahlengangs auf die Netzhaut verhindert wird. Dazu ist gemäß dieser Lösung vorgesehen, dass im zentralen Bereich des Beleuchtungsstrahlengangs in einer zur Objektebene konjugierten Ebene eine lichtabsorbierende Schicht angeordnet ist, die zweckmäßigerweise als lichtundurchlässiger zentraler Teil einer ringförmigen Blendenöffnung ausgeführt ist. Dadurch wird eine zentrale Abschattung ermöglicht, die vorteilhaft dem Durchmesser der Patientenpupille entspricht. Nachteilig bei dieser bekannten Lösung ist jedoch, dass der projizierte schwarze Fleck invariabel ist und einen konstanten Durchmesser aufweist. Weiterhin befindet sich die Lichtfalle in einer starren, unveränderlichen Lage innerhalb des Beleuchtungsstrahlengangs.
In einer weiteren aus dem Stand der Technik bekannten Lösung, der DE 196 44 662 A1 , ist eine Beleuchtungseinrichtung für ein Mikroskop beschrieben, wobei die Beleuchtungseinrichtung eine Lichtquelle und eine Beleuchtungsoptik aufweist. Im Beleuchtungsstrahlengang des Mikroskops ist ein Element zur Erzeugung einer variablen Lichteinfallsöffnung (nachfolgend variable Blende genannt) vorgesehen, die aus einer Matrix aus schaltbaren Punkten gebildet ist, wobei das von der Lichtquelle emittierte Licht über die wenigstens eine variable Blende auf ein Objekt gelenkt wird. Bei der variablen Blende handelt es sich um eine sogenannte LCD-Matrix.
Bei einer LCD-Matrix (Liquide Crystal Display) handelt es sich generell um eine Flüssigkristallanzeige in Form eines passiven elektro-optischen Umsetzers, was bedeutet, dass Fremdlicht benötigt wird. Eine solche Flüssigkristallanzeige basiert auf der grundlegenden Funktionsweise, dass sich in bestimmten organischchemischen Substanzen Flüssigkristalle bilden. Diese Substanzen haben innerhalb eines bestimmten Temperaturbereichs einen kristallin-flüssigen Zustand, in dem sie zwar einerseits schon flüssig sind, andererseits aber die Kristallstruktur in der geometrischen Anordnung der Moleküle noch vorhanden ist. In dieser kristallinflüssigen Phase können diese Substanzen durch elektrische Felder beeinflusst werden. Über eine Steuereinrichtung wird bei der bekannten Lösung auf der LCD- Matrix ein beliebiges Transparent- /Opakmuster erzeugt.
In der DE 198 12 050 A1 sind eine Anordnung und ein Verfahren zur Beleuchtung bei einem stereoskopischen Augenmikroskop beschrieben, bei dem eine variable Blende ebenfalls durch eine LCD-Matrix erzeugt wird. Diese bekannte Lösung beschreibt ein ophthalmologisches Gerät, wie eine Spaltlampe, oder ein Visusprüfgerät oder eine Kombination aus diesen Geräten, bei der zur variablen Beleuchtung des Patientenauges mit Leuchtfeldern unterschiedlicher Geometrien eine LCD-Matrix eingesetzt wird. Dabei wird die Beleuchtung des Patientenauges mittels elektronisch bezüglich ihrer Lichtdurchlässigkeit, Lichtreflexion oder Lichtemission ansteuerbaren LCD-Chipbausteinen erzeugt. Bei den beiden zuvor beschriebenen, bekannten Lösungen befindet sich die variable Blende in Form einer LCD-Matrix aus schaltbaren Punkten jeweils im Beleuchtungsstrahlengang. Aus der DE 103 00 925 A1 ist es jedoch auch bereits generell bekannt, eine schaltbare Blende in Form einer Flüssigkristallblende in dem Beobachtungsstrahlengang eines Mikroskops vorzusehen.
In allen vorgenannten Fällen ist eine Lichtquelle vorgesehen, die unpolarisiertes Licht erzeugt und emittiert. Nachteilig bei den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen ist daher, dass die als variable Blenden eingesetzten LCD-Matrizen zwar punktweise ansteuerbar sind, aber nur mit polarisiertem Licht arbeiten können. Das bedeutet, dass ein Großteil der Lichtintensität im Beobachtungsstrahlengang beziehungsweise im Beleuchtungsstrahlengang verloren geht. Weiterhin sind die aus dem Stand der Technik bekannten variablen Blenden innerhalb der jeweiligen Strahlengänge festgelegt.
Ausgehend vom genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die variable Blende, die Beleuchtungseinrichtung sowie die optische Beobachtungseinrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass die zuvor beschriebenen Nachteile vermieden werden. Insbesondere sollen Lösungen bereitgestellt werden, bei denen eingesetzte Elemente zur Erzeugung einer variablen Lichteinfallsöffnung (variable Blenden) bei größtmöglicher Variabilität möglichst verlustarm betrieben werden können.
Die erfindungsgemäße variable Blende, die erfindungsgemäße
Beleuchtungseinrichtung, die erfindungsgemäße optische Beobachtungseinrichtung sowie das erfindungsgemäße optische Beobachtungsgerät basieren auf dem gemeinsamen erfinderischen Grundkonzept, dass die variable Blende in besonderer Weise ausgebildet ist. Die variable Blende ist dabei so ausgestaltet, dass sie bezüglich der von ihr erzeugten Leuchtfeldgeometrie einfach variiert werden kann. Dabei wird die variable Blende - insbesondere elektronisch - von außen, vorzugsweise von einer Steuereinrichtung, angesteuert. Weiterhin kann die erfindungsgemäße variable Blende Lichtverlust reduziert betrieben werden. Dazu werden gemäß der vorliegenden Erfindung unterschiedliche Ausgestaltungsformen für die variable Blende vorgestellt, die jedoch allesamt unter das gemeinsame erfinderische Grundkonzept subsummierbar sind.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch die variable Blende mit den Merkmalen gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1 , die Beleuchtungseinrichtung mit den Merkmalen gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 15, die optische Beobachtungseinrichtung mit den Merkmalen gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 27 sowie das optische Beobachtungsgerät mit den Merkmalen gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 42. Weitere Vorteile, Merkmale, Details, Aspekte und Effekte der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung sowie den Zeichnungen. Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen variablen Blende beschrieben sind, gelten dabei selbstverständlich auch im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung und/oder der erfindungsgemäßen optischen Beobachtungseinrichtung, und jeweils umgekehrt. Ebenso gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen optischen Beobachtungseinrichtung, und umgekehrt. Analoges gilt jeweils auch für das erfindungsgemäße optische Beobachtungsgerät.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine variable Blende für eine Beleuchtungseinrichtung und/oder eine Beobachtungseinrichtung innerhalb eines optischen Beobachtungsgeräts zur Abbildung eines Objekts und/oder eines von einem Objekt erzeugten Zwischenbildes bereitgestellt. Die variable Blende kann dabei für wenigstens einen Strahlengang der Beleuchtungseinrichtung oder der Beobachtungseinrichtung vorgesehen, beziehungsweise in diesem integriert sein. Selbst verständlich ist auch möglich, dass die variable Blende sowohl in wenigstens einem Strahlengang der Beleuchtungseinrichtung als auch in wenigstens einem Strahlengang der Beobachtungseinrichtung vorgesehen beziehungsweise integriert ist. Diese variable Blende ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass diese zur Erzeugung einer bestimmten Beleuchtungsgeometrie bereichsweise ansteuerbar ist und dass die variable Blende zur Nutzung von allen Polarisationsrichtungen des Lichts einer Lichtquelle ausgebildet ist.
Zunächst ist also erfindungsgemäß vorgesehen, dass die variable Blende derart ausgestaltet ist, dass damit eine bestimmte Beleuchtungsgeometrie - beispielsweise in einem Objektfeld - erzeugt werden kann. Dabei ist die Erfindung nicht auf die Erzeugung bestimmter Beleuchtungsgeometrien beschränkt. Ebenso kann die Beleuchtungsgeometrie variabel sein was bedeutet, dass diese während des Betriebs an sich ändernde Gegebenheiten angepasst und entsprechend verändert werden kann. Nicht ausschließliche Beispiele hierzu werden im weiteren Verlauf der Beschreibung näher erläutert. Ein weiteres grundlegendes Merkmal sieht vor, dass die variable Blende zumindest bereichsweise ansteuerbar ist, um die variablen Beleuchtungsgeometrien einstellen zu können. Dabei ist die Erfindung nicht auf bestimmte Größen und/oder Formen von Bereichen beschränkt. Im einfachsten Fall kann ein einziger Punkt in solch einer Weise ansteuerbar sein. Insbesondere dann, wenn die variable Blende aus einer Matrix bestehend aus einzelnen Punkten gebildet ist, kann ein oder können mehrere Punkte einzeln oder in Gruppen ansteuerbar sein, wobei im letztgenannten Fall einzelne Punkte zu einem Bereich zusammengefasst werden können. Auch diesbezüglich ist die Erfindung nicht auf konkrete Ausgestaltungsformen beschränkt.
, Vorteilhaft kann weiterhin auch vorgesehen sein, dass die variable Blende derart ausgebildet ist, dass durch sie hindurch tretendes Licht einer Lichtquelle, beispielsweise das Beleuchtungslicht - insbesondere im Bereich nach der variablen Blende beziehungsweise dort, wo das Beleuchtungslicht auf das zu beleuchtende Objekt trifft -, eine Effektivität von größer 40% aufweist. Das bedeutet, dass keine polarisationsbedingten Lichtverluste, wie dies bei einigen Lösungen aus dem Stand der Technik der Fall war, mehr vorhanden sind. Die erfindungsgemäße variable Blende stellt eine Lösung zur Verfügung, deren Beleuchtungsgeometrie örtlich veränderbar ist, wobei insbesondere jeder Punkt einer entsprechenden Blendenmatrix eigenständig und unabhängig ansteuerbar ist. Durch den Einsatz einer solchen variablen Blende lässt sich insbesondere eine lichteffiziente Blende realisieren.
Grundsätzlich ist die variable Blende nicht auf den Einsatz in bestimmten Beleuchtungseinrichtungen oder optischen Beobachtungseinrichtungen beschränkt.
Beispielsweise kann die variable Blende zur Reflexion und/oder Transmission von Licht ausgebildet sein. Transmission von Licht bedeutet, dass ein Lichtstrahl durch die variable Blende hindurchtreten kann. In diesem Fall ist die variable Blende vorzugsweise derart ansteuerbar, dass die für die Transmission eines Lichtstrahls bestimmten Bereiche der Beleuchtungsgeometrie transparent, zumindest aber lichtdurchlässig, geschaltet werden. Wenn die variable Blende zur Reflexion von
Licht ausgebildet ist, trifft ein Lichtstrahl - vorzugsweise in einem definierten Winkel - auf die Oberfläche der Blende, und wird von dieser in einem definierten Winkel reflektiert. In diesem Fall werden die zur Reflexion bestimmten Bereiche der Beleuchtungsgeometrie reflektierend, beispielsweise spiegelnd, geschaltet.
Die Erfindung ist nicht auf bestimmte konstruktive Ausgestaltungsformen für die variable Blende beschränkt. Nachfolgend werden hierzu einige nicht ausschließliche Beispiele näher erläutert.
Vorteilhaft kann vorgesehen sein, dass die variable Blende als aktives optisches
Element ausgebildet ist. Das bedeutet, dass eine Lichtquelle in der variablen Blende integriert ist. Dabei ist die Erfindung nicht auf bestimmte Typen von Lichtquellen beschränkt.
Vorzugsweise ist die variable Blende aus einer Matrix aus bereichsweise schaltbaren Kleinstlichtquellen gebildet. Dabei sind die Kleinstlichtquellen vorzugsweise von einer Größe, die kleiner als die Gesamtanordnung der Gesamtlichtquelle ist. Vorzugsweise handelt es sich bei den Kleinstlichtquellen um punktuelle Lichtquellen. Vorteilhaft ist jede einzelne Kleinstlichtquelle einzeln und unabhängig von anderen Kleinstlichtquellen ansteuerbar, wobei wiederum mehrere Kleinstlichtquellen zu einem Lichtquellenbereich zusammengefasst sein/werden können.
Die Kleinstlichtquellen haben vorteilhaft einen Durchmesser von kleiner/gleich 2 cm, vorzugsweise von kleiner/gleich 1 cm, bevorzugt von kleiner/gleich 0,5 cm und ganz besonders bevorzugst von kleiner/gleich 0,2 cm.
Die Erfindung ist nicht auf bestimmte Typen von Kleinstlichtquellen beschränkt. Besonders vorteilhaft kann die variable Blende aus einer Matrix aus bereichsweise schaltbaren Leuchtdioden (LED), insbesondere organischen Leuchtdioden (OLED) gebildet sein. Organische Leuchtdioden sind ursprünglich als Mikrodisplays entwickelt worden. Anders als LCDs, die eine weiße (Compact Fluorescent) Hinterleuchtung benötigen, leuchten OLEDs selber als Lambertstrahler (Flächenemitter).
Als strukturierte Beleuchtungsquelle bieten OLEDs eine gute Lichteffizienz und kleine Strukturen ohne dunkle Zwischenräume. Ein Display aus OLEDs oder LEDs kann beispielsweise in der Ebene einer zu verwendenden Blende eingesetzt werden. Entsprechend einer gewünschten Beleuchtungsgeometrie können einzelne der Kleinstlichtquellen angeschaltet werden und andere ausgeschaltet bleiben. Gegenüber LEDs ist bei OLEDs der Füllfaktor höher was bedeutet, dass eine höhere Packungsdichte realisierbar ist. Die Verwendung eines Displays aus LEDs oder OLEDs ermöglicht ein programmierbares, und beispielsweise auch automatisierbares Schalten unterschiedlicher Beleuchtungsmodi, ohne dass mechanische Komponenten, wie etwa Phasenkontrastringe, Filter, Abschwächer und dergleichen bewegt werden müssten. Besonders geeignet sind beispielsweise weiße OLEDs, deren Spektrum durch eine Mischung von organischen Molekülen bestimmt wird. Natürlich können auch farbige OLEDs verwendet werden, die beispielsweise für besondere Beleuchtungszwecke eingesetzt werden können (zum Beispiel Rotreflexbeleuchtung) oder dergleichen. Natürlich können auch andere Typen von Kleinstlichtquellen eingesetzt werden, insbesondere eine von vornherein polarisierte Lichtquelle wie etwa ein Laser, oder dergleichen.
Gemäß einer anderen Ausführungsform kann die variable Blende beispielsweise als passives optisches Element ausgebildet sein. Das bedeutet, dass in der variablen Blende keine Lichtquelle integriert ist, sondern dass die Lichtquelle im Strahlengang, beispielsweise im Beleuchtungsstrahlengang und/oder im
Beobachtungsstrahlengang, vor der variablen Blende angeordnet ist. Auch bei dieser Ausführungsform ist die Erfindung nicht auf bestimmte Typen variabler Blenden beschränkt. Nachfolgend werden diesbezüglich einige nicht ausschließliche Beispiele beschrieben.
Beispielsweise kann die variable Blende eine Matrix aus schaltbaren Punkten in Form einer LCD-Matrix aufweisen. In diesem Zusammenhang wird auch auf die entsprechenden Ausführungen weiter unten zur erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung sowie zur erfindungsgemäßen Beobachtungseinrichtung vollinhaltlich Bezug genommen und hiermit verwiesen.
In einem solchen Fall muss gewährleistet sein, dass das von der Lichtquelle emittierte Licht polarisiert ist oder wird. Das kann durch Verwendung einer von vornherein polarisierten Lichtquelle realisiert werden. Beispielsweise kann auch vorgesehen sein, dass im Strahlengang nach einer Lichtquelle, die unpolarisiertes Licht emittiert und vor der variablen Blende eine Einrichtung zum linearen Polarisieren (Polarisationseinrichtung) des aus der Lichtquelle emittierten Lichts vorgesehen ist. Dabei ist die Erfindung nicht auf bestimmte Arten von Polarisationseinrichtungen beziehungsweise Ausgestaltungsformen von Polarisationseinrichtungen beschränkt. Wichtig ist lediglich, dass die Polarisationseinrichtung zum verlustarmen Polarisieren des emittierten Lichts in der Lage ist. Die Polarisationseinrichtung ist erfindungsgemäß vor der variablen Pupille im Beleuchtungsstrahlengang angeordnet. In anderer Ausgestaltung kann die variable Blende auf der Basis des Elektrobenetzens (Electrowetting) ausgebildet sein. Auch dadurch kann eine punktweise ansteuerbare, lichteffiziente Blende bereitgestellt werden. Dabei ist die variable Blende in Form einer Matrix aus schaltbaren Punkten aufgebaut, wobei die Schaltbarkeit beispielsweise durch Ansteuerung mit elektrischer Spannung erreicht werden kann. Dabei ist vorgesehen, dass zur Ausgestaltung der variablen Blende das Prinzip der sogenannten Elektrobenetzbarkeit (Electrowetting) benutzt wird.
Das Prinzip des Elektrobenetzens (Electrowetting) ist bereits an sich bekannt und ergibt sich beispielsweise aus der DE 698 04 119 T2. Dabei ist ein Tropfen einer nicht leitenden Flüssigkeit vorgesehen, der auf einem dielektrischen Substrat angeordnet ist, welches wiederum eine flache Elektrode bedeckt. Zwischen den flüssigen Leitertropfen und der Elektrode kann eine Spannung angelegt werden.
Dadurch ändert sich die Benetzbarkeit des dielektrischen Materials bezüglich der Leiterflüssigkeit, wobei die Benetzbarkeit bei Anwesenheit eines elektrischen Feldes, welches durch die zwischen der Leiterflüssigkeit und der Elektrode angelegte
Spannung verursacht wird, wesentlich vergrößert wird.
Eine Realisierung des Prinzips des Elektrobenetzens in einer variablen Blende kann vorsehen, dass diese wenigstens einen Aufnahmebehälter aufweist, der ein erstes formflexibles Medium und ein zweites formflexibles Medium beinhaltet, wobei die Medien nicht mischbar sind und sich an einer Grenzfläche berühren. Weiterhin sollen Mittel zum Ändern der Größe und/oder Form der Grenzfläche zwischen den Medien vorgesehen sein. Grundsätzlich ist die Erfindung nicht auf bestimmte Medientypen beschränkt. Wichtig ist lediglich, dass die Medien formflexibel sind. „Formflexibel" bedeutet im Lichte der vorliegenden Beschreibung, dass die Medien keine starre Oberfläche aufweisen, sondern dass sich die Medien innerhalb des Aufnahmebehälters in ihrer Form verändern können. Beispielsweise, jedoch nicht ausschließlich, kann es sich bei den formflexiblen Medien um eine Flüssigkeit, um ein Gel oder dergleichen handeln. Beispielsweise, jedoch nicht ausschließlich, kann es sich bei einem der formflexiblen Medien um Wasser beziehungsweise Wasser mit Zusätzen wie Salzen und dergleichen, und bei dem anderen formflexiblen Medium um ein Öl handeln. Vorzugsweise ist eines der formflexiblen Medien zumindest teilweise transparent, während das andere formflexible Medium nicht transparent ist. Um Gravitationseffekte auszuschließen, können die beiden formflexiblen Medien beispielsweise die gleiche oder zumindest eine ähnliche Dichte aufweisen.
Das Prinzip des Elektrobenetzens über die Erzeugung eines elektrischen Feldes kann nun vorsehen, dass das erste formflexible Medium und das zweite formflexible Medium eine unterschiedliche elektrische Leitfähigkeit aufweisen. Das Medium mit der geringeren elektrischen Leitfähigkeit, beispielsweise ein öl, kann zwischen dem Medium mit der größeren elektrischen Leitfähigkeit, beispielsweise Wasser oder Wasser mit Zusätzen sowie wenigstens einer Elektrode angeordnet sein. Dabei kann vorgesehen sein, dass das Medium mit der geringeren elektrischen Leitfähigkeit auf einer Oberfläche eines Substrats angeordnet ist, während auf der anderen Oberfläche des Substrats die wenigstens eine Elektrode angeordnet ist. Wenn nun ein elektrisches Feld zwischen der wenigstens einen Elektrode und dem Medium mit der größeren elektrischen Leitfähigkeit angelegt wird, wird dadurch die Grenzfläche zwischen den beiden formflexiblen Medien verändert. Eine solche Lösung ist beispielsweise in der WO 03/069380 A1 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt insoweit in die Beschreibung der vorliegenden Erfindung miteinbezogen wird.
Unter dem Begriff Elektrobenetzen soll im Lichte der vorliegenden Erfindung allerdings auch eine andere Lösung verstanden werden, die zwar nach dem vorstehend genannten Prinzip funktioniert, bei der eine Änderung der Grenzfläche jedoch nicht durch das Anlegen eines elektrischen Feldes herbeigeführt wird. In einem solchen Fall können die Mittel zum Ändern der Grenzfläche zwischen den beiden formflexiblen Medien beispielsweise in einer Weise ausgebildet sein, dass diese einen Druck auf das erste und/oder zweite Medium ausüben, wobei sich die Grenzfläche zwischen den beiden Medien durch die Ausübung des Drucks verändert. Derartige Mittel können konstruktiv einfach und in energiesparender Weise ausgestaltet werden, wobei solche Mittel häufig nur sehr kleine Steuerspannungen benötigen. Beispielsweise ist es denkbar, dass die Mittel zum Ändern der Grenzfläche in einem solchen Fall als mechanische Mittel ausgebildet sind. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine Kolbeneinrichtung oder eine Zylindereinrichtung handeln. In anderer Ausgestaltung ist es auch denkbar, dass die Mittel zum Ändern der Grenzfläche in Form einer ansteuerbaren Membran ausgebildet sind. Natürlich ist die Erfindung nicht auf die vorgenannten Beispiele beschränkt.
Eine variable Blende, die nach dem Prinzip des Elektrobenetzens funktioniert, kann auf unterschiedliche Art und Weise ausgebildet sein. Beispielsweise ist es denkbar, dass die wenigstens eine variable Blende eine Matrix aus ansteuerbaren Punkten aufweist, bei der die Punkte aus einer Anzahl von unabhängigen Tropfen eines der formflexiblen Medien, insbesondere des formflexiblen Mediums mit einer geringeren elektrischen Leitfähigkeit, gebildet sind. Dabei können die Tropfen von dem jeweils anderen formflexiblen Medium, insbesondere dem Medium mit einer größeren elektrischen Leitfähigkeit, umgeben sein. Natürlich ist es in einem solchen Fall auch denkbar, dass es sich bei dem Medium, welches die Tropfen des anderen Mediums umgibt, um Luft handelt. Ein entsprechendes Beispiel hierzu ist in der US-A- 5,659,330 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt insoweit in die Beschreibung der vorliegenden Erfindung miteinbezogen wird.
In anderer Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass das eine formflexible Medium nicht in Form von Tropfen, sondern in Form eines durchgängigen Mediumfilms auf einem Substrat angeordnet ist. Dieses Medium besteht insbesondere aus einem Material mit geringer elektrischer Leitfähigkeit. Oberhalb dieses Mediumfilms kann sich dann das zweite formflexible Medium, insbesondere ein Medium mit größerer elektrischer Leitfähigkeit befinden. Wenn nun ein elektrisches Feld zwischen einer Elektrode und dem ersten formflexiblen Medium mit der größeren elektrischen Leitfähigkeit angelegt wird, bedeutet dies, dass sich die Benetzbarkeit des formflexiblen Mediums mit der größeren elektrischen Leitfähigkeit verändert. Das kann beispielsweise dazu führen, dass der Film mit dem Medium mit der geringeren elektrischen Leitfähigkeit zur Seite geschoben wird. Wenn dieser Mediumfilm beispielsweise aus einem nichttransparenten Material gebildet ist, kann sich dadurch beispielsweise die Färbung des entsprechenden Bereichs der variablen Blende verändern. Wenn beispielsweise vorgesehen ist, dass die den Aufnahmebehälter begrenzenden Wände aus einem transparenten Material gebildet sind und wenn weiterhin angenommen wird, dass eine mögliche Elektrode ebenfalls aus einem transparenten Material gebildet ist, kann auf diese Weise erreicht werden, dass die variable Blende zumindest bereichsweise durch Anlegen eines elektrischen Feldes aus dem Zustand „lichtundurchlässig" in den Zustand „lichtdurchlässig", und umgekehrt gebracht werden kann.
In weiterer Ausgestaltung kann auch vorgesehen sein, dass die wenigstens eine variable Blende eine Matrix aus ansteuerbaren Zellen aufweist, wobei jede Zelle insbesondere in einer wie vorstehend beschriebenen Weise ausgestaltet ist. Eine Anordnung, bei der eine solche Zellenmatrix beschrieben ist, ist beispielsweise aus der WO 03/071235 A2 bekannt, deren Offenbarungsgehalt in soweit in die Beschreibung der vorliegenden Erfindung mit einbezogen wird.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird eine Beleuchtungseinrichtung zur Erzeugung einer strukturierten Beleuchtung für ein optisches Beobachtungsgerät zur Abbildung eines Objekts und/oder eines von einem Objekt erzeugten Zwischenbildes, insbesondere für ein stereoskopisches Beobachtungsgerät bereitgestellt, mit einer Lichtquelle und mit wenigstens einer in einem Beleuchtungsstrahlengang vorgesehenen variablen Blende. Die
Beleuchtungseinrichtung ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass sie wenigstens eine wie vorstehend beschriebene erfindungsgemäße variable Blende aufweist.
Zu den Vorteilen, Wirkungen sowie der Funktionsweise der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung wird ebenfalls auf die vorstehenden Ausführungen zu der erfindungsgemäßen variablen Blende vollinhaltlich Bezug genommen und hiermit verwiesen.
Wie oben beschrieben wurde, kann wenigstens eine variable Blende beispielsweise als aktives optisches Element ausgebildet sein. Gemäß einer anderen Ausführungsform kann wenigstens eine variable Blende beispielsweise als passives optisches Element ausgebildet sein. Das bedeutet, dass die Lichtquelle im Beleuchtungsstrahlengang vor der wenigstens einen variablen Blende angeordnet ist. Das von der Lichtquelle emittierte Licht wird dann über die wenigstens eine variable Blende auf ein zu beleuchtendes Objekt gelenkt.
Es ist natürlich auch möglich, dass im Beleuchtungsstrahlengang wenigstens eine aktive und auch wenigstens eine passive variable Blende vorgesehen ist.
Vorteilhaft kann zwischen der Lichtquelle und der wenigstens einen variablen Blende noch eine Beleuchtungsoptik vorgesehen sein.
In einem solchen Fall muss gewährleistet sein, dass das von der Lichtquelle emittierte Licht polarisiert ist oder wird. So kann etwa vorgesehen sein, dass eine von vornherein polarisierte Lichtquelle, beispielsweise eine Laser-Lichtquelle oder dergleichen, verwendet wird. Beispielsweise kann diesbezüglich aber auch vorgesehen sein, dass im Beleuchtungsstrahlengang nach der Lichtquelle und vor der variablen Blende eine Einrichtung zum linearen Polarisieren (Polarisationseinrichtung) des aus der Lichtquelle emittierten Lichts vorgesehen ist. Dies ist beispielsweise dann von Vorteil, wenn die wenigstens eine variable Blende eine Matrix aus schaltbaren Punkten in Form einer LCD-Matrix aufweist.
Dabei ist die Erfindung nicht auf bestimmte Arten von Polarisationseinrichtungen beziehungsweise Ausgestaltungsformen von Polarisationseinrichtungen beschränkt. Wichtig ist lediglich, dass die Polarisationseinrichtung zum verlustarmen Polarisieren des emittierten Lichts in der Lage ist. Die Polarisationseinrichtung ist erfindungsgemäß vor der variablen Blende im Beleuchtungsstrahlengang angeordnet.
Im Unterschied zu der aus der DE 196 44 662 A1 bekannten Lösung weist eine solche Lösung eine wesentlich größere Effektivität auf. Wie im Rahmen der Beschreibungseinleitung schon ausgeführt wurde, wird die Beleuchtungseinrichtung gemäß der DE 196 44 662 A1 mit einer Lichtquelle betrieben, die unpolarisiertes Licht emittiert. Eine besondere Vorrichtung zur Polarisation dieses Lichts ist in der bekannten Lösung nicht vorgesehen, sodass hier große Lichtverluste auftreten. Im Unterschied zu der bekannten Lösung ist erfindungsgemäß nunmehr vorgesehen, dass das Licht polarisiert wird, bevor es die variable Blende erreicht. Dadurch ergibt sich eine wesentlich höhere Effektivität im Vergleich zu der aus dem Stand der Technik bekannten Lösung, die im Bereich von Faktor 2 liegt.
Beispielsweise kann als Lichtquelle eine gewöhnliche unpolarisierte Lichtquelle benutzt werden. Das aus dieser Lichtquelle emittierte unpolarisierte Licht wird anschließend mittels der Polarisationseinrichtung, die im weiteren Verlauf der Beschreibung noch näher erläutert wird, verlustarm polarisiert. Anschließend tritt das nunmehr polarisierte Licht in die variable Blende ein.
Die variable Blende wird je nach Anwendung bevorzugt in unterschiedlichen Ebenen positioniert. Beispielsweise kann in der Ophthalmologie vorgesehen sein, dass die variable Blende in der gleichen Ebene platziert wird, wie die aus der DE 33 39 172 bekannte Retina-Schutzblende. In der Neurochirurgie könnte die variable Blende sicherstellen, dass nur Licht in den tiefen Operationskanal eingekoppelt wird und dass die Haut und die Operationsinstrumente nicht störend glänzen. Ähnliches gilt für den Hals-Nasen-Ohren (HNO) Bereich. Im Dentalbereich könnten mit der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung gezielt Reflexe von den Zähnen und Metallkronen abgeschwächt oder unterdrückt werden.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Beleuchtungseinrichtung sieht vor, dass die Beleuchtungseinrichtung Bestandteil eines Operationsmikroskops ist und eine Kombination einer variablen Blende, die in einer zu der entsprechenden Interessenebene konjugierten Ebene innerhalb des Beleuchtungsstrahlengangs angeordnet ist, mit einer Polarisationseinrichtung vorgesehen ist, wobei die Polarisationseinrichtung als Konverter von unpolahsiertem Licht in polarisiertes Licht fungiert.
Vorteilhaft kann die Beleuchtungseinrichtung eine oder mehrere Blenden aufweisen. Dabei können einzelne Blenden feststehend sein, während andere Blenden variabel in der oben beschriebenen Weise ausgebildet sind. Dabei ist die Erfindung jedoch nicht auf eine bestimmte Anzahl von Blenden im Beleuchtungsstrahlengang beziehungsweise auf eine bestimmte Ausgestaltung der einzelnen Blenden beschränkt. Erfindungsgemäß soll lediglich wenigstens eine der Blenden als variable Blende in der wie vorstehend beschriebenen Weise ausgebildet sein.
Vorteilhaft kann vorgesehen sein, dass die LCD-Matrix als wenigstens eine flächige Matrix mit einer Anzahl von optisch-elektronischen LCD-Zellen gebildet ist und das Mittel zum elektronischen Ansteuern der LCD-Zellen vorgesehen sind. Eine solche Ausgestaltung der LCD-Matrix macht es möglich, dass diese zur Einstellung geeigneter Leuchtfeldgeometrien besonders gezielt angesteuert werden kann. Je mehr LCD-Zellen in der LCD-Matrix vorhanden sind, desto genauer und feiner kann die Ansteuerung der variablen Blende erfolgen. Die Ansteuerung der LCD-Matrix beziehungsweise der einzelnen LCD-Zellen erfolgt vorzugsweise elektronisch, wozu geeignete Mittel, etwa in Form einer Steuereinrichtung oder dergleichen, vorgesehen sein können.
Vorteilhaft kann vorgesehen sein, dass die Polarisationseinrichtung Bestandteil der Beleuchtungsoptik ist und dass solche optische Elemente der Beleuchtungsoptik, die eventuell im Beleuchtungsstrahlengang zwischen der Polarisationseinrichtung und der variablen Blende liegen, als polarisationserhaltende Elemente ausgebildet sind.
Die Erfindung ist nicht auf bestimmte Ausgestaltungsformen der Polarisationseinrichtung beschränkt. Nachfolgend werden diesbezüglich einige nicht ausschließliche Beispiele beschrieben, wobei Polarisationseinrichtungen bereits generell aus dem Stand der Technik bekannt sind, hier jedoch in anderem Zusammenhang.
Wie eingangs bereits dargelegt wurde, muss bei Verwendung einer LCD-Matrix als variable Blende in einem Strahlengang, insbesondere einem Beleuchtungsstrahlengang, insbesondere in einem Operationsmikroskop, linear polarisiertes Licht verwendet werden. Wird eine gewöhnliche, nicht polarisierte Lichtquelle, wie beispielsweise in der DE 196 44 662 A1 beschrieben, benutzt, so geht mindestens die Hälfte der Strahlung zum einen verloren, zum anderen kann die Beleuchtungseinrichtung beziehungsweise eine mit der Beleuchtungseinrichtung gekoppelte optische Beobachtungseinrichtung thermisch belastet werden. Aus diesem Grund ist es wünschenswert, den „verloren gegangenen" Teil der Strahlung ebenfalls nutzen zu können. Die Wärmebelastung würde damit deutlich sinken und die Lichtquelle könnte wesentlich kleiner dimensioniert werden, was zum einen eine Kostenersparnis bedeutet und zum anderen die Verwendung einer großen Bandbreite an Lichtquellen ermöglicht, wie beispielsweise auch LED's oder dergleichen.
Um eine geeignete lineare Polarisation des aus der Lichtquelle emittierten unpolarisierten Lichts zu erhalten, kann zunächst vorgesehen sein, dass die Polarisationseinrichtung wenigstens einen Strahlteiler zum Aufspürten des von der Lichtquelle emittierten Lichts in zwei oder mehr Teilstrahlen mit unterschiedlichen Polarisationsrichtungen aufweist. Dabei ist die Erfindung nicht auf bestimmte Ausgestaltungsformen für den Strahlteiler beschränkt.
Weiterhin kann beispielsweise vorgesehen sein, dass dem wenigstens einen Strahlteiler nachgeordnet wenigstens ein weiteres optisches Element vorgesehen ist, das in einer Weise ausgebildet ist, um die beiden getrennten Teilstrahlen unterschiedlicher Polarität anschließend benachbart auf die LCD-Matrix zu werfen. Bei einer solchen Lösung werden die Teilstrahlen mit unterschiedlicher Polarisation zunächst räumlich getrennt, dann aber räumlich direkt benachbart auf die LCD-Matrix geworfen. Mit Kenntnis, welche Pixel welcher Polarisation zugeordnet werden können, können einzelne Bereiche der LCD-Matrix, beispielsweise einzelne LCD- Zellen, dann geeignet angesteuert werden.
In weiterer Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass dem wenigstens einen Strahlteiler nachgeordnet wenigstens ein optisches Element vorgesehen ist, das in einer Weise ausgebildet ist, dass die beiden getrennten Teilstrahlen unterschiedlicher Polarität auf jeweils unterschiedliche LCD-Matrices geworfen werden. Diese LCD-Matrices können dann beispielsweise um 90 Grad gegeneinander verdreht sein und geeignet angesteuert werden. Eine solche Lösung ist beispielsweise in der EP 0 372 905 A2 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt insoweit in die Beschreibung der vorliegenden Erfindung mit einbezogen wird.
In weiterer Ausgestaltung kann auch vorgesehen sein, dass der wenigstens eine Strahlteiler zum Aufspürten des von der Lichtquelle emittierten Lichts in zwei - vorzugsweise senkrecht - polarisierte Teilstrahlen ausgebildet ist, wobei ein Teilstrahl eine gewünschte Polarisation und der andere Teilstrahl eine unverwünschte Polarisation aufweist. In einem solchen Fall ist wenigstens ein weiteres optisches Element vorgesehen, um das Licht mit der unerwünschten Polarisation in die gewünschte Polarisation zu transformieren. Anschließend werden die beiden nunmehr gleich polarisierten Teilstrahlen überlagert. Die auf diese Weise überlagerten Teilstrahlen können anschließend räumlich direkt benachbart auf die LCD-Matrix geworfen werden. Eine solche Lösung ist beispielsweise in der EP 0 376 395 A2 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt insoweit in die Beschreibung der vorliegenden Erfindung mit einbezogen wird.
Wenn die Beleuchtungseinrichtung im Zusammenhang mit einem Operationsmikroskop eingesetzt wird, kann es sich dabei beispielsweise um ein Ophthalmoskopie-Mikroskop handeln, sodass die variable Blende der Beleuchtungseinrichtung beispielsweise auch als sogenannte Retina-Schutzblende ausgestaltet sein kann.
Vorteilhaft kann vorgesehen sein, dass wenigstens eine variable Blende, in einer definierten Ebene, insbesondere in einer konjugierten oder einer im wesentlichen konjugierten Ebene zu derjenigen Ebene, in der die strukturierte Beleuchtung erwünscht ist, innerhalb des Beleuchtungsstrahlengangs angeordnet ist.
Vorteilhaft kann dabei leicht defokussiert werden, um Strukturen etwas aufzulösen.
Dabei kann beispielsweise vorgesehen sein, dass sich die variable Blende an einem festgelegten Ort innerhalb des Beleuchtungsstrahlengangs befindet. Natürlich kann auch vorgesehen sein, dass wenigstens eine variable Blende innerhalb des Beleuchtungsstrahlengangs - längs wie quer - verschiebbar angeordnet ist. Vorteilhaft kann zum Ansteuern der wenigstens einen variablen Blende beziehungsweise wenigstens einzelner Bereiche oder Elemente der variablen Blende eine geeignete Steuereinrichtung vorgesehen sein. Eine solche Steuereinrichtung kann insbesondere über eine Rechnereinheit verfügen, sodass die Ansteuerung der variablen Blende sehr genau vorgenommen werden kann.
In weiterer Ausgestaltung können Mittel zum Bewegen der Beleuchtungsgeometrie - beispielsweise einer Blendenöffnung - wenigstens einer variablen Blende vorgesehen sein, wobei diese insbesondere zum Nachführen der Blendengeometrie - beispielsweise einer Blendenöffnung - in Bezug auf eine Bewegung des zu beleuchtenden Objekts vorgesehen sind. Bei diesen Mitteln handelt es sich vorteilhaft um geeignete Programmmittel beziehungsweise Software. Damit kann erreicht werden, dass die Beleuchtungsgeometrie bei einer Bewegung des zu beleuchtenden Objekts „mitgenommen" wird. Dies soll anhand eines konkreten, nicht ausschließlichen Beispiels verdeutlicht werden.
Wenn es sich bei der variablen Blende beispielsweise um eine Retina-Schutzblende und bei dem zu beleuchtenden Objekt um ein Auge handelt, kann mittels geeigneter Mittel, beispielsweise einer geeigneten Software, sichergestellt werden, dass sich die Blende, beziehungsweise eine gezielte Abdunklung auf einen bestimmten Bereich des Auges, beispielsweise auf den Bereich der Pupille, fixiert wird. Wenn sich nun während einer Operation die Pupille bewegt, wird der Dunkelbereich der Schutzblende automatisch nachgeführt, in dem die entsprechenden Punkte beziehungsweise Bereiche der variablen Blende geschaltet werden. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass der empfindliche Bereich des Auges, auch bei einer Bewegung desselben, immer durch die Schutzblende abgedunkelt wird. Die softwaremäßige Lösung hat dabei den Vorteil, dass dies automatisch erfolgen kann, was die Arbeit eines Operateurs erheblich erleichtert.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine optische Beobachtungseinrichtung zur Abbildung eines Objekts und/oder eines von einem Objekt erzeugten Zwischenbildes, insbesondere eine stereoskopische Beobachtungseinrichtung bereitgestellt, mit wenigstens einem Beobachtungsstrahlengang, aufweisend ein Objektivelement mit einer optischen Achse und einer Objektebene zur Anordnung des abzubildenden Objekts beziehungsweise des Zwischenbildes, wobei in dem Beobachtungsstrahlengang wenigstens eine variable Blende vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine variable Blende in Form einer wie vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen variablen Blende ausgebildet ist.
Zu den Vorteilen, Wirkungen sowie der Funktionsweise der erfindungsgemäßen Beobachtungseinrichtung wird ebenfalls auf die vorstehenden Ausführungen zu der erfindungsgemäßen variablen Blende vollinhaltlich Bezug genommen und hiermit verwiesen.
Im vorliegenden Fall hat das Licht, welches die variable Blende nutzt, vorteilhaft seinen Lichtursprung im beobachteten Objekt oder im vom beobachteten Objekt gestreuten Licht.
Die variable Blende ist ähnlich wie die entsprechende variable Blende im Beleuchtungsstrahlengang, die weiter oben bereits ausführlich erläutert wurde, aufgebaut, sodass diesbezüglich auch auf die entsprechenden Ausführungen Bezug genommen und verwiesen wird.
Erfindungsgemäß ist nunmehr eine lichteffiziente Blendensteuerung auch in dem Beobachtungsstrahlengang der Beobachtungseinrichtung realisierbar. Dabei kann nunmehr auch die Blendenwahl im Beobachtungsstrahlengang flexibel sein. Durch Einsatz einer variablen Blende, die auf der Basis des Elektrobenetzens (Electrowetting) funktioniert, können polarisationsabhängige Effekte vermieden werden. Gleichzeitig kann Intensität gewonnen werden.
Insbesondere kann weiterhin vorgesehen sein, dass die optische
Beobachtungseinrichtung eine wie vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung aufweist. Die Erfindung ist nicht auf bestimmte Ausgestaltungsformen für die optische Beobachtungseinrichtung beschränkt. Ebenso ist die Erfindung nicht auf eine bestimmte Anzahl von Beobachtungsstrahlengängen beschränkt. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass zwei oder mehr Beobachtungsstrahlengänge vorgesehen sind, die insbesondere in Form eines oder mehrerer Beobachtungsstrahlengangpaare zusammengefasst sind. Dabei kann beispielsweise für jeden Strahlengang wenigstens eine variable Blende vorgesehen sein. Ebenso ist es auch denkbar, dass für zwei parallele Beobachtungsstrahlengänge wenigstens eine gemeinsame variable Blende vorgesehen ist.
Wenn es sich bei dem Licht um unpolarisiertes Licht handelt, kann wenigstens eine variable Blende eine LCD-Matrix aufweisen, wobei dann im Beobachtungsstrahlengang nach der Lichtquelle und vor der variablen Blende eine Einrichtung zum linearen Polarisieren (Polarisationseinrichtung) des von der Lichtquelle abgehenden Lichts vorgesehen ist. Beispielsweise kann die
Polarisationseinrichtung wenigstens ein optisches Element aufweisen, welches als polarisationserhaltendes Element ausgebildet ist.
Vorteilhaft kann wenigstens eine variable Blende eine LCD-Matrix aufweisen, wobei die LCD-Matrix als wenigstens eine flächige Matrix mit einer Anzahl von optisch/elektronischen LCD-Zellen gebildet ist und wobei Mittel zum elektronischen Ansteuern der LCD-Zellen vorgesehen sind.
Vorzugsweise kann wenigstens eine variable Blende im Beobachtungsstrahlengang auf der Basis des Elektrobenetzens (Electrowetting) ausgebildet sein. Vorteilhaft ist vorgesehen, dass wenigstens eine variable Blende im Beobachtungsstrahlengang wenigstens einen Aufnahmebehälter aufweist, der ein erstes formflexibles Medium und ein zweites formflexibles Medium beinhaltet, wobei die Medien nicht mischbar sind und sich an einer Grenzfläche berühren und wobei weiterhin Mittel zum Ändern der Größe und/oder Form der Grenzfläche zwischen den Medien vorgesehen sind. Dabei können das erste formflexible Medium und das zweite formflexible Medium die gleiche oder eine annähernd gleiche Dichte aufweisen, um Gravitationsunterschiede auszugleichen. Vorteilhaft kann das erste formflexible Medium und das zweite formflexible Medium eine unterschiedliche elektrische Leitfähigkeit aufweisen, wobei das Medium mit der geringeren elektrischen Leitfähigkeit zwischen dem Medium mit der größeren elektrischen Leitfähigkeit und wenigstens einer Elektrode angeordnet ist und wobei durch Anlegen eines elektrischen Feldes zwischen der einen elektrischen Elektrode und dem Medium mit der größeren elektrischen Leitfähigkeit die Grenzfläche zwischen den beiden formflexiblen Medien verändert wird.
Vorzugsweise kann die wenigstens eine variable Blende im
Beobachtungsstrahlengang eine Matrix aus ansteuerbaren Punkten aufweisen, bei der die Punkte aus einer Anzahl von unabhängigen Tropfen eines der formflexiblen Medien, insbesondere des formfiexiblen Mediums mit einer geringeren elektrischen Leitfähigkeit gebildet sind und, wobei die Tropfen von dem jeweils anderen formflexiblen Medium, insbesondere dem Medium mit einer größeren elektrischen Leitfähigkeit umgeben sind. Natürlich ist auch denkbar, dass das zweite formflexible Medium mit der geringeren elektrischen Leitfähigkeit als durchgängiger Film ausgebildet ist, wie dies im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung weiter oben bereits erläutert wurde. Diesbezüglich wird auf die entsprechenden Ausführungen Bezug genommen und verwiesen. In weiterer
Ausgestaltung kann auch vorgesehen sein, dass die wenigstens eine variable Blende im Beobachtungsstrahlengang als Matrix aus ansteuerbaren Zellen ausgebildet ist, wobei jede Zelle in der wie vorstehend beschriebenen Weise ausgebildet sein kann.
Vorzugsweise ist wenigstens eine variable Blende in einer definierten Ebene, insbesondere Pupillenebene, innerhalb des Beobachtungsstrahlengangs angeordnet. Die variable Blende kann beispielsweise feststehend im Beobachtungsstrahlengang angeordnet sein. Natürlich ist auch denkbar, dass wenigstens eine variable Blende innerhalb des Beobachtungsstrahlengangs verschiebbar angeordnet ist.
Vorteilhaft kann eine Steuereinrichtung zum Ansteuern der wenigstens einen variablen Blende vorgesehen sein. Die Ansteuerung der variablen Blende kann zusätzlich dazu verwendet werden, störende Lichtreflexe zu unterdrücken, die insbesondere in einem Video-Operationsmikroskop mit seinen in Lichtintensität linearen Detektoren ganz gravierende Probleme verursachen können. Dazu ist vorteilhaft eine aktive Regelschleife vorgesehen, die eine Übersteuerung der Detektorpixel feststellt und korrespondierende Pixel der Matrix der variablen Blende im Beobachtungsstrahlengang dunkler schaltet.
Gemäß noch einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein optisches Beobachtungsgerät bereitgestellt, dass erfindungsgemäß durch eine wie vorstehend beschriebene erfindungsgemäße variable Blende und/oder durch eine wie vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung und/oder durch eine wie vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Beobachtungseinrichtung gekennzeichnet ist.
Vorteilhaft handelt es sich bei dem optischen Beobachtungsgerät um seines zur Abbildung eines Objekts und/oder eines von einem Objekt erzeugten
Zwischenbildes, beispielsweise um ein Mikroskop oder dergleichen. Dabei kann das Beobachtungsgerät insbesondere als stereoskopisches Beobachtungsgerät ausgebildet sein. Besonders vorteilhaft ist das optische Beobachtungsgerät als Operationsmikroskop ausgebildet, beispielsweise als ein Operationsmikroskop, das im Ophthalmologiebereich, im Neurobereich, im HNO-Bereich, im Dentalbereich oder dergleichen eingesetzt werden kann.
Die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung ist für ein optisches Gerät geschaffen, wobei die Erfindung nicht auf bestimmte Arten von optischen Geräten beschränkt ist. Beispielsweise kann die Beleuchtungseinrichtung überall dort eingesetzt werden, wo eine strukturierte, selektive Beleuchtung erforderlich ist. Dabei ist die Beleuchtungseinrichtung sowohl im medizinischen als auch im nichtmedizinischen Bereich einsetzbar. Nachfolgend werden einige nicht ausschließliche Beispiele beschrieben. So ist es beispielsweise denkbar, die Beleuchtungseinrichtung im Umfeld der Krebsbehandlung, der Warzenentfernung, der flächigen Haarentfernung, der strukturierten Hautbräunung oder dergleichen einzusetzen. Die Beleuchtungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann jedoch auch zur Markierung von bestimmten Stellen auf Oberflächen, als Chopper/Shutter-Ersatz oder dergleichen eingesetzt werden. Auch ist mit der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung eine Einblendung von inneren Strukturen möglich, etwa in einem Körper, in einem Gebäude, in einem Fahrzeug, in einer Maschine oder dergleichen. Auch zu Reparatur- oder Wartungszwecken kann eine solche Beleuchtungseinrichtung eingesetzt werden, beispielsweise um etwas schneller zu finden.
Insbesondere kann die Beleuchtungseinrichtung für eine optische Beobachtungseinrichtung zur Abbildung eines Objekts und/oder eines von einem Objekt erzeugten Zwischenbildes eingesetzt werden, bei der es sich beispielsweise um ein Mikroskop, etwa ein Operationsmikroskop oder dergleichen handeln kann.
Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 einen Beobachtungsstrahlengang sowie einen Beleuchtungsstrahlengang innerhalb eines Operationsmikroskops, bei dem die vorliegende Erfindung realisiert ist; Figur 2 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Prinzips des Elektrobenetzens;
Figur 3 einen Beleuchtungsstrahlengang mit einer als LCD-Matrix ausgestalteten variablen Blende sowie einer vorgeschalteten Polarisationseinrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform; und Figur 4 einen Beleuchtungsstrahlengang mit einer als LCD-Matrix ausgestalteten variablen Blende sowie einer vorgeschalteten Polarisationseinrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform.
In Figur 1 ist ein Ausschnitt aus einem optischen Beobachtungsgerät 10 dargestellt, wobei dieses als Operationsmikroskop, im vorliegenden Beispiel als Ophthalmologie- Mikroskop für Augenoperationen ausgebildet ist. Das Operationsmikroskop 10 weist wenigstens einen Beobachtungsstrahlengang 20 und einen Beleuchtungsstrahlengang 30 einer Beleuchtungseinrichtung 35 auf. Die Beleuchtungseinrichtung 35 sowie die optischen Elemente des Beobachtungsstrahlengangs 20 befinden sich in einem Mikroskopgehäuse 15.
In einer Objektebene 24 befindet sich das zu untersuchende Objekt 11 , im vorliegenden Beispiel ein Auge, von dem außerdem die Hornhaut 12, die Iris 13 und die Linse 14 dargestellt sind. Das zu untersuchende Objekt 11 befindet sich in der optischen Achse 21 des Beobachtungsstrahlengangs 20, in der weiterhin ein Objektivelement 22 sowie weitere optische Elemente in Form von Zwischenlinsen 23 angeordnet sind, die beispielsweise ein Vergrößerungssystem darstellen können.
Durch die Beleuchtungseinrichtung 35 und den erzeugten Beleuchtungsstrahlengang 30 wird das zu untersuchende Objekt 11 beleuchtet. Dazu ist zunächst eine Lichtquelle 31 vorgesehen, die Beleuchtungslicht emittiert. Der Beleuchtungsstrahlengang 30 durchläuft eine Beleuchtungsoptik, die ein Kondensorsystem 32 aufweist. Über Umlenkelemente 33 und 16 wird der Beleuchtungsstrahlengang 30 auf das zu untersuchende Objekt 11 gerichtet.
Bei Operationsmikroskopen mit starker Beleuchtung kann die Gefahr auftreten, dass das zu untersuchende Objekt 11 , im vorliegenden Fall das Patientenauge, zu stark durch Beleuchtungsstrahlen belastet wird. Es ist deshalb erforderlich, eventuelle Beeinträchtigungen oder Beschädigungen des Auges 11 zu vermeiden.
Dazu ist im Beleuchtungsstrahlengang 30 ein Element 40 zur Erzeugung einer Lichteinfallsöffnung (Blende) vorgesehen.
Die Blende 40 ist in einer definierten Ebene 34 innerhalb des Beleuchtungsstrahlengangs 30 angeordnet, bei der es sich im vorliegenden Beispiel um eine zur Objektebene konjugierte oder eine im wesentlichen konjugierte Ebene, in der die strukturierte Beleuchtung erwünscht ist, handelt. Die Blende 40 weist transparente Bereiche 43 auf, durch die der Beleuchtungsstrahlengang 30 hindurchtreten kann. Weiterhin weist die Blende 40 nicht transparente Bereiche 42 auf, durch die kein Beleuchtungslicht hindurchtreten kann. Durch eine entsprechende Auswahl der nicht transparenten Bereiche 42 kann eine definiert dimensionierte Abschattung 17 an dem zu untersuchenden Auge 11 erzeugt werden, die vorzugsweise dem Pupillendurchmesser des Patientenauges 11 entspricht. Bei der Blende 40 kann es sich deshalb um eine Retina-Schutzblende handeln.
Im vorliegenden Fall ist die Blende 40 als variable Blende ausgebildet, was bedeutet, dass eine variable Lichteinfallöffnung erzeugt werden kann. Die Blende 40 kann dabei feststehend oder verschiebbar im Beleuchtungsstrahlengang 30 angeordnet sein. Um je nach Bedarf die variable Blende 40 veränderbar einstellen zu können, wodurch unterschiedliche Hell-Dunkel-Bereiche und Leuchtfeldgeometrien erzeugt werden können, besteht die variable Blende 40 aus einer Matrix aus schaltbaren
Punkten. Dabei kann es sich beispielsweise um eine Matrix aus LCD-Zellen handeln. In anderer Ausgestaltung kann es sich um eine Matrix handeln, die nach dem sogenannten Elektrobenetzungs- (Electrowetting) Prinzip funktioniert. Diese beiden Prinzipien werden im Zusammenhang mit den Figuren 2 und 3 näher erläutert.
Eine derart ausgebildete Blende wird vorteilhaft elektronisch angesteuert, was über eine entsprechende Steuereinrichtung 41 erfolgen kann. Über die Steuereinrichtung 41 wird die variable Blende 40, beziehungsweise deren Punkte angesteuert, wobei jeder Punkt einzeln angesteuert werden kann. Dadurch wird ermöglicht, dass jeder einzelne Punkt über die Ansteuerung in seine Lichtdurchlässigkeit verändert werden kann, so dass auf einfache Weise die gewünschten Abschattungen auf dem Patientenauge 11 erzeugt werden können.
In dem Beleuchtungsstrahlengang 30 ist wenigstens eine variable Blende 40 vorgesehen. Ebenfalls ist es möglich, dass in dem Beobachtungsstrahlengang 20 wenigstens eine variable Blende 40 vorgesehen ist.
Im Zusammenhang mit der Figur 2 wird nun die grundlegende Funktionsweise des Elektrobenetzens (Electrowettings) beschrieben. In einem Aufnahmebehälter 50 befinden sich zwei unterschiedliche formflexible Medien 54, 55, die jedoch eine zumindest ähnliche Dichte aufweisen. Die beiden Medien, bei denen es sich im vorliegenden Beispiel um Flüssigkeiten handelt, sind nicht mischbar und berühren sich an einer Grenzfläche 56. Bei dem ersten Medium 54 handelt es sich um ein elektrisch leitfähiges Medium wie beispielsweise Wasser oder Wasser mit Salzzusatz. Dieses erste Medium ist transparent. Bei dem zweiten Medium 55 handelt es sich um ein elektrisch weniger leitfähiges bis elektrisch isolierendes Medium, beispielsweise um ein Öl. Das zweite Medium 55 soll nicht transparent sein.
Der Aufnahmebehälter 50 wird begrenzt durch ein Deckelelement 53 sowie ein Substrat 52, bei dem es sich beispielsweise um eine Dielektrikumsschicht handelt und auf dem auf der Unterseite (die dem Behälterinnenraum abgewandte Oberfläche) wenigstens eine erste Elektrode 51 angeordnet ist. Diese vorgenannten Elemente können bevorzugt zumindest teilweise transparent sein.
Innerhalb des Aufnahmebehälters 50, und mit dem elektrisch leitfähigen Medium 54 in Verbindung stehend ist wenigstens eine zweite Elektrode 57 vorgesehen. Über die beiden Elektroden 51 , 57 kann ein elektrisches Feld 58 erzeugt werden. Bei Anwesenheit eines solchen elektrischen Feldes 58, das durch eine Spannung zwischen dem elektrisch leitenden Medium 54 (über die Elektrode 57) und der Elektrode 51 verursacht wird, kann die Benetzung des ersten Mediums 54 wesentlich verändert werden.
Im Ausgangszustand gemäß Figur 2a bedeckt das elektrisch nicht leitende, undurchsichtige Medium 55 das gesamte Substrat 52. Ein über das transparente Deckelelement 53 eintretender Lichtstrahl kann folglich nicht durch den Aufnahmebehälter 50 hindurchtreten. Bei Beaufschlagung mit einer Spannung erhöht sich die Benetzbarkeit der Oberfläche, auf der das elektrisch leitende Mediums 54 liegt, wodurch sich die Grenzfläche 56 zwischen den beiden Medien 54, 55 verändert. Dieser Zustand ist in Figur 2b dargestellt. Das Medium 55 weist dann eine wesentlich kompaktere Kontur auf. Das Medium 55 „wandert" und gibt einen Teil des transparenten Substrats 52 frei, so dass ein Lichtstrahl durch das Deckelement 53, das transparente erste Medium 54, das transparente Substrat 52 und die transparente Elektrode 51 hindurchtreten kann. Es entsteht eine Lichtdurchlässigkeit. Über die Steuereinrichtung 41 (Figur 1) kann die Beaufschlagung mit einer geeigneten Spannung erfolgen, so dass darüber die Lichtdurchlässigkeit der variablen Blende punktuell und genau gesteuert werden kann.
In Figur 3 ist eine Lösung dargestellt, bei der die variable Blende 40 aus Figur 1 in Form einer LCD-Matrix, bestehend aus einer Anzahl von LCD-Zellen 67, aufgebaut ist. Zusätzlich zu der LCD-Matrix ist eine Polarisationseinrichtung 60 vorgesehen, um verlustarm unpolarisiertes Licht in polarisiertes Licht zu konvertieren.
Aus der Lichtquelle 31 (Figur 1) wird Licht in Form von unpolarisierten Lichtstrahlen 61 emittiert. Die unpolarisierten Lichtstrahlen durchlaufen einen Strahlteiler 62, wo sie räumlich in zwei Teilstrahlen mit unterschiedlicher Polarisierung aufgeteilt werden. Der eine Teilstrahl 65 mit der gewünschten Polarisierung durchläuft den Strahlteiler 62 und wird auf die LCD-Matrix geworfen. Der andere Teilstrahl mit einer unerwünschten Polarisierung wird über ein Umlenkelement 63 einem optischen Element 64 zur Umdrehung der Polarisationsrichtung zugeführt. Dort wird die Polarisationsrichtung gedreht, beispielsweise um 90°, so dass der das optische Element 64 verlassende Teilstrahl 66 nunmehr die gleiche Polarisationsrichtung aufweist wie der Teilstrahl 65. Beide Teilstrahlen 65, 66 können nun überlagert und räumlich direkt benachbart auf die LCD-Matrix geworfen werden.
In Figur 4 schließlich ist eine andere Lösung dargestellt, bei der die variable Blende 40 aus Figur 1 in Form einer LCD-Matrix, bestehend aus einer Anzahl von LCD- Zellen 67, aufgebaut ist. Zusätzlich zu der LCD-Matrix ist eine Polarisationseinrichtung 60 vorgesehen.
Die variable Blende 40 soll sich diesmal im Beobachtungsstrahlengang 20 (Figur 1) des Operationsmikroskops 10 befinden. Das Licht, welches die variable Blende 40 nutzt, hat diesmal seinen Ursprung im beobachteten Objekt oder im vom beobachteten Objekt gestreuten Licht.
Die Lichtstrahlen 61 durchlaufen einen Strahlteiler 62, wo sie räumlich in zwei Teilstrahlen aufgeteilt werden. Der eine Teilstrahl 65 durchläuft den Strahlteiler 62 und wird auf die LCD-Matrix 67 geworfen. Der andere Teilstrahl 66 wird über einen die Polarisation erhaltenden Spiegel 68 umgelenkt und ebenfalls auf die LCD-Matrix 67 werden. Im Strahlengang nach der LCD-Matrix 67 sind ein weiterer die Polarisation erhaltender Spiegel 68 sowie ein weiterer Strahlteiler 62 vorgesehen, um den Verlauf der Teilstrahlen 65, 66 erneut zu beeinflussen.
Eine derartige Anordnung könnte beispielsweise auch in einem Beleuchtungsstrahlengang 30 (Figur 1) realisiert werden, beispielsweise dann, wenn dort jede Art von Polarisationseffekten vermieden werden soll.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann besonders vorteilhaft eine lichteffiziente Blendensteuerung im Beleuchtungsstrahlengang und/oder im Beobachtungsstrahlengang des Operationsmikroskops 10 erzeugt werden.
Bezugszeichenliste
10 Optisches Beobachtungsgerät (Operationsmikroskop) 11 Objekt (Auge)
12 Hornhaut
13 Iris
14 Linse
15 Gehäuse 16 Umlenkelement
17 Abschattung
20 Beobachtungsstrahlengang
21 optische Achse 22 Objektivelement
23 Zwischenlinse
24 Objektebene
30 Beleuchtungsstrahlengang 31 Lichtquelle
32 Kondensorsystem
33 Umlenkelement
34 definierte Ebene
35 Beleuchtungseinrichtung
40 variable Blende
41 Steuereinrichtung
42 nicht transparenter Bereich
43 transparenter Bereich
50 Aufnahmebehälter
51 erste Elektrode
52 Substratschicht Deckelelement erstes formflexibles Medium (Wasser) zweites formflexibles Medium (Öl)
Grenzfläche zwischen den Medien zweite Elektrode elektrisches Feld
Polarisationseinrichtung unpolarisiertes Licht
Strahlteiler
Umlenkelement optisches Element zur Polarisationsdrehung polarisierter Teilstrahl polarisierter Teilstrahl
LCD-Zelle ein die Polarisation erhaltender Spiegel

Claims

Patentansprüche
1. Variable Blende für eine Beleuchtungseinrichtung und/oder eine optische Beobachtungseinrichtung innerhalb eines optischen Beobachtungsgeräts zur Abbildung eines Objekts (11) und/oder eines von einem Objekt erzeugten Zwischenbildes, wobei die variable Blende (40) für wenigstens einen Strahlengang der Beleuchtungseinrichtung und/oder der Beobachtungseinrichtung vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die variable Blende (40) zur Erzeugung einer bestimmten Beleuchtungsgeometrie bereichsweise ansteuerbar ist und dass die variable Blende zur Nutzung von allen Polarisationsrichtungen des Lichts einer Lichtquelle ausgebildet ist.
2. Variable Blende nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die variable Blende (40) derart ausgebildet ist, dass durch sie hindurch tretendes Licht einer Lichtquelle eine Effektivität von größer 40% aufweist.
3. Variable Blende nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die variable Blende (40) zur Reflexion und/oder zur Transmission von Licht ausgebildet ist.
4. Variable Blende nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die variable Blende (40) als aktives optisches Element ausgebildet ist und dass eine Lichtquelle in der variablen Blende (40) integriert ist.
5. Variable Blende nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die variable Blende (40) aus einer Matrix aus bereichsweise schaltbaren Kleinstlichtquellen gebildet ist.
6. Variable Blende nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die variable Blende (40) aus einer Matrix aus bereichsweise schaltbaren Leuchtdioden (LED), insbesondere organischen Leuchtdioden (OLED), gebildet ist.
7. Variable Blende nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die variable Blende (40) als passives optisches Element ausgebildet ist.
8. Variable Blende nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die variable Blende (40) eine LCD-Matrix aufweist.
9. Variable Blende nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die variable Blende (40) auf der Basis des Elektrobenetzens (Electrowetting) ausgebildet ist.
10. Variable Blende nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die variable Blende (40) wenigstens einen Aufnahmebehälter (50) aufweist, der ein erstes formflexibles Medium (54) und ein zweites formflexibles Medium (55) beinhaltet, wobei die Medien (54, 55) nicht mischbar sind und sich an einer Grenzfläche (56) berühren und dass Mittel zum Ändern der Größe und/oder Form der Grenzfläche (56) zwischen den Medien (54, 55) vorgesehen sind.
11. Variable Blende nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das erste formflexible Medium (54) und das zweite formflexible Medium (55) die gleiche Dichte aufweisen.
12. Variable Blende nach einem der Ansprüche 9 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das erste formflexible Medium (54) und das zweite formflexible Medium (55) eine unterschiedliche elektrische Leitfähigkeit aufweisen, dass das Medium (55) mit der geringeren elektrischen Leitfähigkeit zwischen dem Medium (54) mit der größeren elektrischen Leitfähigkeit und wenigstens einer Elektrode (51) angeordnet ist und dass durch Anlegen eines elektrischen Feldes (58) zwischen der wenigstens einen Elektrode (51) und dem Medium mit der größeren elektrischen Leitfähigkeit (54) die Grenzfläche (56) zwischen den beiden formflexiblen Medien (54, 55) verändert wird.
13. Variable Blende nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die variable Blende (40) eine Matrix aus ansteuerbaren Punkten aufweist, bei der die Punkte aus einer Anzahl von unabhängigen Tropfen eines der formflexiblen Medien, insbesondere des formflexiblen Mediums (55) mit einer geringeren elektrischen Leitfähigkeit, gebildet sind, und dass die Tropfen von dem jeweils anderen formflexiblen Medium, insbesondere dem Medium (54) mit einer größeren elektrischen Leitfähigkeit, umgeben sind.
14. Variable Blende nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die variable Blende (40) eine Matrix aus ansteuerbaren Zellen aufweist.
15. Beleuchtungseinrichtung zur Erzeugung einer strukturierten Beleuchtung für ein optisches Beobachtungsgerät zur Abbildung eines Objekts (11) und/oder eines von einem Objekt erzeugten Zwischenbildes, insbesondere für ein stereoskopisches Beobachtungsgerät, mit einer Lichtquelle und mit wenigstens einer in einem Beleuchtungsstrahlengang (30) vorgesehenen variablen Blende (40), dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungseinrichtung wenigstens eine variable Blende (40) nach einem der Ansprüche 1 bis 14 aufweist.
16. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine variable Blende (40) als passives optisches Element ausgebildet ist, dass die Lichtquelle (31) im Beleuchtungsstrahlengang (30) vor der wenigstens einen variablen Blende (40) angeordnet ist und dass von der Lichtquelle (31) emittiertes Licht über die wenigstens eine variable Blende (40) auf ein Objekt (11) gelenkt wird.
17. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Lichtquelle (31) und der wenigstens einen variablen Blende (40) eine Beleuchtungsoptik (32, 33) vorgesehen ist.
18. Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine variable Blende (40) eine LCD-Matrix aufweist und dass im Beleuchtungsstrahlengang (30) nach der Lichtquelle (31) und vor der variablen Blende (40) eine Einrichtung (60) zum linearen Polarisieren (Polarisationseinrichtung) des aus der Lichtquelle (31) emittierten Lichts (61) vorgesehen ist.
19. Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine variable Blende (40) eine LCD-Matrix aufweist, dass die LCD-Matrix als wenigstens eine flächige Matrix mit einer Anzahl von optisch/elektronischen LCD-Zellen gebildet ist und dass Mittel zum elektronischen Ansteuern der LCD-Zellen vorgesehen sind.
20. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Polarisationseinrichtung (60) Bestandteil der Beleuchtungsoptik ist und dass die optischen Elemente der Beleuchtungsoptik, die im Beleuchtungsstrahlengang (30) zwischen der Polarisationseinrichtung (60) und der variablen Blende (40) liegen, als polarisationserhaltende Elemente ausgebildet sind.
21. Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Polarisationseinrichtung (60) wenigstens einen Strahlteiler (62) zum Aufspürten des von der Lichtquelle (31) emittierten Lichts (61) in zwei oder mehr Teilstrahlen mit unterschiedlichen Polarisationsrichtungen aufweist.
22. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 21 , dadurch gekennzeichnet, dass dem Strahlteiler (62) nachgeordnet wenigstens ein optisches Element vorgesehen ist, um die beiden getrennten Teilstrahlen unterschiedlicher Polarität benachbart auf die LCD-Matrix zu werfen.
23. Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine variable Blende (40) in einer definierten Ebene (34), insbesondere in einer konjugierten oder einer im wesentlichen konjugierten Ebene zu derjenigen Ebene, in der die strukturierte Beleuchtung erwünscht ist, innerhalb des Beleuchtungsstrahlengangs (30) angeordnet ist.
24. Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine variable Blende (40) innerhalb des Beleuchtungsstrahlengangs (30) verschiebbar angeordnet ist.
25. Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinrichtung (41) zum Ansteuern der wenigstens einen variablen Blende (40) vorgesehen ist.
26. Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zum Bewegen der Beleuchtungsgeometrie wenigstens einer variablen Blende (40), insbesondere zum Nachführen der Beleuchtungsgeometrie in Bezug auf eine Bewegung des zu beleuchtenden Objekts (11), vorgesehen sind.
27. Optische Beobachtungseinrichtung (10) zur Abbildung eines Objekts (11) und/oder eines von einem Objekt erzeugten Zwischenbildes, insbesondere stereoskopische Beobachtungseinrichtung, mit wenigstens einem Beobachtungsstrahlengang (20), aufweisend ein Objektivelement (22) mit einer optischen Achse (21) und einer Objektebene (24) zur Anordnung des abzubildenden Objekts (11) beziehungsweise des Zwischenbildes, wobei in dem Beobachtungsstrahlengang (20) wenigstens eine variable Blende vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine variable Blende nach einem der Ansprüche 1 bis 14 ausgebildet ist.
28. Optische Beobachtungseinrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass das Licht, welches die variable Blende (40) nutzt, seinen Lichtursprung im beobachteten Objekt oder im vom beobachteten Objekt gestreuten Licht hat.
29. Optische Beobachtungseinrichtung nach Anspruch 27 oder 28, dadurch gekennzeichnet, dass diese zwei oder mehr Beobachtungsstrahlengänge (20), insbesondere ein oder mehrere Beobachtungsstrahlengangpaare aufweist, und dass für jeden Strahlengang wenigstens eine variable Blende vorgesehen ist und/oder dass für zwei parallele Beobachtungsstrahlengänge wenigstens eine gemeinsame variable Blende vorgesehen ist.
30. Optische Beobachtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine variable Blende (40) eine LCD-Matrix aufweist und dass im Beobachtungsstrahlengang (20) nach der Lichtquelle und vor der variablen Blende (40) eine Einrichtung (60) zum linearen Polarisieren (Polarisationseinrichtung) des von der Lichtquelle abgehenden Lichts vorgesehen ist.
31. Optische Beobachtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine variable Blende (40) eine LCD-Matrix aufweist, dass die LCD-Matrix als wenigstens eine flächige Matrix mit einer Anzahl von optisch/elektronischen LCD-Zellen gebildet ist und dass Mittel zum elektronischen Ansteuern der LCD-Zellen vorgesehen sind.
32. Optische Beobachtungseinrichtung nach Anspruch 30 oder 31 , dadurch gekennzeichnet, dass die Polarisationseinrichtung (60) wenigstens ein optisches Element aufweist, welches als polarisationserhaltendes Element ausgebildet ist.
33. Optische Beobachtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine variable Blende (40) im Beobachtungsstrahlengang (20) auf der Basis des Elektrobenetzens (Electrowetting) ausgebildet ist.
34. Optische Beobachtungseinrichtung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine variable Blende im Beobachtungsstrahlengang (20) wenigstens einen Aufnahmebehälter (50) aufweist, der ein erstes formflexibles Medium (54) und ein zweites formflexibles Medium (55) beinhaltet, wobei die Medien (54, 55) nicht mischbar sind und sich an einer Grenzfläche (56) berühren und dass Mittel zum Ändern der Größe und/oder Form der Grenzfläche (56) zwischen den Medien (54, 55) vorgesehen sind.
35. Optische Beobachtungseinrichtung nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass das erste formflexible Medium (54) und das zweite formflexible Medium (55) die gleiche Dichte aufweisen.
36. Optische Beobachtungseinrichtung nach Anspruch 34 oder 35, dadurch gekennzeichnet, dass das erste formflexible Medium (54) und das zweite formflexible Medium (55) eine unterschiedliche elektrische Leitfähigkeit aufweisen, dass das Medium (55) mit der geringeren elektrischen Leitfähigkeit zwischen dem Medium (54) mit der größeren elektrischen Leitfähigkeit und wenigstens einer Elektrode (51) angeordnet ist und dass durch Anlegen eines elektrischen Feldes (58) zwischen der wenigstens einen Elektrode (51) und dem Medium (54) mit der größeren elektrischen Leitfähigkeit die Grenzfläche (56) zwischen den beiden formflexiblen Medien (54, 55) verändert wird.
37. Optische Beobachtungsseinrichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 36, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine variable Blende (40) im Beobachtungsstrahlengang (20) eine Matrix aus ansteuerbaren Punkten aufweist, bei der die Punkte aus einer Anzahl von unabhängigen Tropfen eines der formflexiblen Medien, insbesondere des formflexiblen Mediums (55) mit einer geringeren elektrischen Leitfähigkeit, gebildet sind, und dass die Tropfen von dem jeweils anderen formflexiblen Medium, insbesondere dem Medium (54) mit einer größeren elektrischen Leitfähigkeit, umgeben sind.
38. Optische Beobachtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 36, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine variable Blende im Beobachtungsstrahlengang (20) eine Matrix aus ansteuerbaren Zellen aufweist.
39. Optische Beobachtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 38, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine variable Blende (40) in einer definierten Ebene, insbesondere Pupillenebene, innerhalb des Beobachtungsstrahlengangs (20) angeordnet ist.
40. Optische Beobachtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 39, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine variable Blende (40) innerhalb des Beobachtungsstrahlengangs (20) verschiebbar angeordnet ist.
41. Optische Beobachtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 40, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinrichtung zum Ansteuern der wenigstens einen variablen Blende (40) vorgesehen ist.
42. Optisches Beobachtungsgerät, gekennzeichnet durch wenigstens eine variable Blende nach einem der Ansprüche 1 bis 14 und/oder wenigstens eine Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 26 und/oder wenigstens eine Beobachtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 41.
43. Optisches Beobachtungsgerät nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, dass dieses als ein Mikroskop, insbesondere als ein Operationsmikroskop, ausgebildet ist.
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