DE3641341A1 - Zielmarkierung fuer ein beobachtungsgeraet mit zusatzbeleuchtung - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung aus einem Beob­ achtungs- und Lasergerät, bei welcher der Laserstrahl durch eine Spiegelanordnung mindestens annähernd in die Beobachtungs­ richtung des Beobachtungsgerätes gelenkt wird, bei welcher durch Bewegung der Spiegelanordnung der Laserstrahl innerhalb des Beobachtungsfeldes des Beobachtungsgerätes bewegbar ist, bei welcher das Beobachtungsobjekt mit einer Beleuchtungsein­ richtung mindestens annähernd aus der Beobachtungsrichtung des Beobachtungsgerätes beleuchtet ist und bei welcher der Auf­ treffpunkt der Laserstrahlung auf das Beobachtungsobjekt durch eine Zielmarke sichtbar gemacht ist, die von einem aus der Beleuchtungseinrichtung abgezweigten Teil des Beleuchtungslich­ tes beleuchtet ist und über die Spiegelanordnung in eine Bild­ ebene des Beobachtungsgerätes abgebildet ist.

In Beobachtungsgeräten, insbesondere beim Einsatz in der Mikro­ chirurgie, möchte man des öfteren die Auftreffstelle eines Laserstrahles aus dem nichtsichtbaren Spektralbereich im Blickfeld des Beobachters kennzeichnen. Diese Kennzeichnung kann direkt auf dem Objekt selber mittels eines zusätzlichen Lasers mit sichtbarer Strahlung oder durch Einspiegelung einer Kennzeichnung der Auftreffstelle in einem Bild des Objektes geschehen. Eine Zusatzbeleuchtung in dem Beobachtungsgerät sorgt häufig für eine zusätzliche Ausleuchtung des Umfeldes des Auftreffpunktes.

Aus der DE-PS 23 09 203 ist eine mikrochirurgische Vorrichtung aus einem Mikroskop und einem Laser entsprechend dem Oberbe­ griff des ersten Anspruches bekannt. Hierbei wird die Zielmarke durch ein Ende einer faseroptischen Lichtführung gebildet, deren anderes Ende in der Nähe der Spiegelanordnung fixiert ist und dadurch von der ohnehin vorhandenen Beleuchtungseinrichtung des Beobachtungsgerätes beleuchtet wird. Das lichtaufnehmende Ende der faseroptischen Lichtführung weist ein kleines licht­ sammelndes Linsensystem auf. Für eine einwandfreie optische Ausrichtung des Markierungssystems müssen beide Enden der Lichtführung genau in ihrer Lage angeordnet werden, um einen hellen Lichtpunkt zu erzielen, der in der Bildebene des Beob­ achtungsgerätes mit dem Bild von dem Auftreffpunkt des Laser­ strahles zusammenfällt.

Das lichtaussendende Ende der Lichtführung wird in eine Ausrichtungsanordnung aufgenommen, welche eine Einstellung in drei Dimensionen zur Fokussierung und Ausrichtung des Markie­ rungspunktes auf die Mitte des Laserpunktes ermöglicht.

Es ist eine mit Öffnungen versehene Spiegelanordnung schräg unter der Objektivlinse der zentralen optischen Achse des Mikroskops angeordnet. Bei der bekannten Vorrichtung besteht die Spiegelanordnung aus einer unter dem Objektiv angeordneten rechtwinkligen Platte, welche zwei Öffnungen für die Stereo­ strahlengänge des Beobachtungsgerätes hat. Das mittlere Teil der Platte (s. Fig. 2 der DE-PS 23 09 203) ist mit einer stark reflektierenden Substanz bedeckt, und zwar vorzugsweise Gold für das Reflektieren der Infrarot-Energie. Die Öffnungen der rechteckigen Platte sind für die Einspiegelung der Zielmarke in den Beobachtungsstrahlengang mit halbdurchlässigen Strahlen­ teilern bedeckt, die z. B. aus geschmolzenem Quarz gefertigt und an der Platte befestigt sind.

Wie an Hand der Fig. 1 und 3 dort gezeigt ist, ist die Spiegel­ anordnung in einem Gehäuse angeordnet, das eine Öffnung an einer Seite besitzt. Durch dieselbe wird ein Laserstrahl senk­ recht zu der zentralen Achse des Mikroskops eingeführt. Die Öffnung kann direkt mit der Laserquelle ausgerichtet sein, oder der Strahl kann zu der Öffnung durch eine reflektierende An­ ordnung gebracht werden. Eine Konvergenzlinse ist zwischen der Spiegelanordnung und der Öffnung ausgerichtet. Die Spiegel­ anordnung ist dergestalt angeordnet, daß der Laserstrahl nach­ dem derselbe durch die Linse hindurchgetreten ist, von dem reflektierenden mittleren Teil der Platte nach unten längs der zentralen Achse des Mikroskops in Richtung auf die Arbeits­ stelle abgelenkt wird. Die Linse wird so ausgewählt, daß der Laserstrahl auf einen Punkt fokussiert wird, der in der Brenn­ ebene des Mikroskops liegt, d. h., bei der "Arbeitsentfernung" des Mikroskops. Das Markierungslicht wird von der inneren Ober­ fläche des Strahlenteilers, der die Öffnung abdeckt, reflektiert. Die innere Oberfläche des Strahlenteilers ist praktisch komplanar zu der mittleren reflektierenden Ober­ fläche der Platte, von wo aus der Laserstrahl reflektiert wird.

Nachteilig an dieser Zielmarkierung ist vor allem der große Aufwand für die Beleuchtung der Zielmarke und für die Ausbildung der Spiegelanordnung.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Zielmarkierung mit möglichst geringem Aufwand zu realisieren, bei der trotzdem das Bild der Zielmarke mit dem Auftreffpunkt des Lasers im Beobachtungsfeld ausreichend genau übereinstimmt.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß für die Abzweigung des Beleuchtungslichtes für die Zielmarke die vorhandene Spiegelanordnung benutzt wird, welche einen Teil des Beleuchtungslichtes direkt zur Zielmarke reflektiert und daß die Zielmarke aus Mitteln aufgebaut ist, welche den auf sie auftreffenden Teil des Beleuchtungslichtes mindestens zum Teil über die Spiegelanordnung unabhängig von deren Stellung in die Bildebene des Beobachtungsgerätes reflektieren.

Die Entfernung zwischen Spiegelanordnung und Zielmarke ist vorteilhafter Weise variabel, um eine Schärfenkorrektur des Bildes der Zielmarke zu ermöglichen.

In einer vorteilhaften Ausführungsform wird als Spiegelan­ ordnung eine Teilerplatte verwendet. In einer besonders vor­ teilhaften Ausführungsform ist die Teilerplatte so ausgebildet, daß nicht nur die Reflexion des Laserstrahles, sondern auch die Reflexion der Abbildungsstrahlen von der Zielmarke in einer reflektierenden Schicht auf der Unterseite der Teilerplatte erfolgt.

Wenn die Reflexion für die Abbildung der Zielmarke an der Unterseite der Teilerplatte erfolgt, ist es zweckmäßig, die Oberseite der Teilerplatte zu entspiegeln, damit störende Reflexe vermieden werden.

Um eine möglichst kontrastreiche Abbildung der Zielmarke zu erhalten, ist es zweckmäßig, ihre Umgebung stark absorbierend zu gestalten.

Durch eine konvexe Ausbildung der Oberfläche der Zielmarke wird erreicht, daß unabhängig von der Stellung der Spiegelanordnung immer Licht von der Zielmarke in die Beobachtungsebene reflektiert wird. Das Bild der Zielmarke hat dann praktisch immer die gleiche Helligkeit, obwohl seine Lage in der Beobachtungsebene von der Stellung der Spiegelanordnung beein­ flußt wird. Die Zielmarke kann als Fadenkreuz, Ringsystem oder ähnlich ausgebildet sein, wobei Zielmarken, die in der geo­ metrischen Mitte offen sind, die besten Arbeitsbedingungen ermöglichen, da sie die Stelle der Einwirkung des Lasers nicht verdecken und sie für den Beobachter stets gut sichtbar halten. Zum Realisieren der Zielmarke können Glasfasern verwendet werden, welche zur Erzielung einer stark reflektierenden Ober­ fläche mit einem Metallüberzug versehen werden.

Die Erfindung ist nicht nur vorteilhaft in Mikroskopen ein­ setzbar, wie anhand der nachfolgenden Beschreibung eines Mikroskops für die Mikrochirurgie erläutert, sondern in allen Betrachtungsgeräten, welche nicht unbedingt vergrößern müssen. Der Einsatz von Laserstrahlen unter Benutzung einer Zielmarke ist nicht auf das Gebiet der Medizin begrenzt und schließt alle Bereiche ein, bei denen ein gezielter Einsatz notwendig ist (z. B. Materialbearbeitung). Der dabei eingesetzte Laserstrahl muß nicht fokussiert sein.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Fig. 1 und 2 erläutert, welche eine Realisierung der Erfindung in einem Operationsmikroskop mit einem Laser darstellt. Dabei zeigt

Fig. 1 einen Schnitt durch ein Beobachtungs- und Lasergerät;

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II der Fig. 1.

In der Darstellung der Fig. 1 wird die Laserstrahlung (4) durch die optische Anordnung (11) auf den im Gesichtsfeld des Operationsfeldes (2) befindlichen Auftreffpunkt (1) fokussiert. Die Spiegelanordnung ist als Teilerplatte (3) ausgeführt, welche ca. 99% der auftreffenden Laserstrahlung auf das Opera­ tionsfeld lenkt.

Auf der Unterseite der Teilerplatte (3) befindet sich eine reflexionserhöhende Schicht (23), während die Oberseite mit einer reflexionsvermindernden Schicht (22) versehen ist.

Die Theorie und die Verfahren zur Herstellung von reflexions­ vermindernden und -erhöhenden Schichten sind in dem Buch "Dünne Schichten für die Optik" von H. Anders, Stuttgart 1965 be­ schrieben (siehe auch EP-PS 01 93 717 und EP-PS 01 80 129). Desweiteren sei auf das Prospektmaterial der Firmen Balzers AG, FL-9496 Balzers, Fürstentum Lichtenstein verwiesen (z. B. BD 800 137 PE 8306).

Zum Schutz des Beobachters ist im Beobachtungsstrahlengang (20) ein Laserschutzfilter (10) eingebracht. Der Beobachtungsstrah­ lengang (20) läuft durch das Hauptobjektiv (7) und die Beob­ achtungsoptik (8) des Operationsmikroskopes. Die Beleuchtungs­ strahlen (14) der Strahlenquelle (15) werden über das Umlenk­ element (6) eingekoppelt. Das Schutzglas (17) schließt das Geräteinnere gegen Verschmutzung von außen ab.

Ein Teil des Beleuchtungslichtes (14) wird an der Teilerplatte (3) direkt in Richtung auf die Zielmarke (5) reflektiert. Diese Zielmarke (5) reflektiert das Licht auf die Teilerplatte (3) zurück, welche es durch die Laserschutzscheibe (10) und die Linsen (7, 8) in die Bildebene des Beobachtungsgerätes abbildet. Zur Schärfeneinstellung des Bildes der Zielmarke (5) ist der Abstand zwischen Zielmarke (5) und Teilerplatte (3) veränder­ bar, da das Gehäuse der Zielmarke (19) über eine entfernungs­ veränderbare Verbindung (18) mit dem übrigen Gehäuse (21) ver­ bunden ist. Die Zielmarke (5) ist ferner durch eine nicht gezeichnete Einrichtung in der zum veränderbaren Abstand senkrechten Ebene justierbar. Die Wände (16) um die Zielmarke (5) sind stark absorbierend ausgebildet, damit keine störenden Reflexe auftreten.

In Fig. 2, in welcher ein Schnitt längs der Linie II von Fig. 1 dargestellt ist, kann man die verschiedenen Aufgaben der Teilerplatte (3) erkennen. Sie lenkt nicht nur mittels ihrer Reflexionsschicht (23) den Laserstrahl (4) auf den Auf­ treffpunkt (1) in dem Umlenkbereich (26) zu fast 100% um, sondern sorgt mit derselben Schicht (23) im Bereich (29) für die Umlenkung eines Teiles des Beleuchtungslichtes (14) (4% in diesem speziellen Fall; sonst auch andere Werte) in Richtung auf die Zielmarke (5). Durch die Teilerplatte (3) gehen die Beobachtungsstrahlengänge (27 a, b) hindurch. Das von der Ziel­ marke (5) reflektierte Licht wird von der Teilerplatte (3) im Bereich (28) reflektiert und in den Beobachtungsstrahlengang (27 b) für ein Okular eingespiegelt. In Fig. 2 sind beide Beobachtungsstrahlengänge (27 a, b) zu sehen, deren geometrische Mitten (9 a, b) symmetrisch zum Mittelpunkt (9 c) der Laser­ strahlung (4) angeordnet sind, um eine unbehinderte Sicht beim Einsatz der Laserstrahlung (4) in Vertiefungen zu gewähr­ leisten.

Da der Abstand zwischen dem Beobachtungs- und Lasergerät und dem Auftreffpunkt (1) infolge der notwendigen Bewegungsfreiheit des Bedienenden meist recht groß ist, muß man bei manchen Geräten zur Entfernungskorrektur zwischen Spiegelanordnung (3) und Zielmarke (5) ein optisches System (24) für eine Brennweitenkorrektur vorsehen.

Claims (8)

1. Vorrichtung aus einem Beobachtungs- und Lasergerät, bei welcher der Laserstrahl (4) durch eine Spiegelanordnung (3) mindestens annähernd in die Beobachtungsrichtung des Beob­ achtungsgerätes gelenkt wird, bei welcher durch Bewegung der Spiegelanordnung (3) der Laserstrahl (4) innerhalb des Beob­ achtungsfeldes (2) des Beobachtungsgerätes bewegbar ist, bei welcher das Beobachtungsobjekt mit einer Beleuchtungsein­ richtung (15, 6) mindestens annähernd aus der Beobachtungs­ richtung des Beobachtungsgerätes beleuchtet ist und bei welcher der Auftreffpunkt (1) der Laserstrahlung (4) auf das Beobachtungsobjekt durch eine Zielmarke (5) sichtbar gemacht ist, die von einem aus der Beleuchtungseinrichtung (15, 6) abgezweigten Teil des Beleuchtungslichtes (14) beleuchtet ist und über die Spiegelanordnung (3) in eine Bildebene des Beobachtungsgerätes abgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß für die Abzweigung des Beleuchtungslichtes (14) für die Zielmarke (5) die vorhandene Spiegelanordnung (3) vorgesehen ist, welche einen Teil des Beleuchtungslichtes (14) direkt zur Zielmarke (5) reflektiert und daß die Zielmarke (5) aus Mitteln aufgebaut ist, welche den auf sie auftreffenden Teil des Beleuchtungslichtes (14) mindestens zum Teil über die Spiegelanordnung (3) unabhängig von deren Stellung in die Bildebene des Beobachtungsgerätes reflektieren.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Entfernung zwischen Spiegelanordnung (3) und Zielmarke (5) einstellbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiegelanordnung (3) aus einer Teilerplatte besteht.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilerplatte (3) an ihrer Unterseite mit einer reflexionser­ höhenden Schicht (23) und an ihrer Oberseite mit einer re­ flexionsvermindernden Schicht (22) versehen ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Wände (16) um die Zielmarke (5) stark absorbierend gestaltet sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1- 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Oberfläche der Zielmarke (5) konvex ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die geometrische Mitte der Zielmarke (5) freigelassen ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß mit einem Metallüberzug versehene Glas­ fasern zur Erzeugung der Zielmarke (5) verwendet sind.