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Dokumentenidentifikation DE102006022592A1 22.11.2007
Titel Mikroskop mit Beleuchtungseinheit
Anmelder Leica Microsystems (Schweiz) AG, Heerbrugg, CH
Erfinder Sander, Ulrich, Dr., Rebstein, CH
Vertreter Hössle Kudlek & Partner, Patentanwälte, 70173 Stuttgart
DE-Anmeldedatum 15.05.2006
DE-Aktenzeichen 102006022592
Offenlegungstag 22.11.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 22.11.2007
IPC-Hauptklasse G02B 21/00(2006.01)A, F, I, 20060515, B, H, DE
IPC-Nebenklasse G02B 21/22(2006.01)A, L, I, 20060515, B, H, DE   
Zusammenfassung Die vorliegende Erfindung betrifft ein Mikroskop (100) mit einer Beleuchtungseinheit (4) zur Erzeugung eines Beleuchtungsstrahlengangs (4b, 4a), wobei das Mikroskop (100) ein Hauptobjektiv (2), das einen Beobachtungsstrahlengang (17a) definiert, und mindestens ein Umlenkelement (5, 6, 7) zur Umlenkung des Beobachtungsstrahlengangs (17a) aufweist, wobei mindestens eines der Umlenkelemente (5, 6, 7) als Mikrospiegel-Array (5') mit individuell ansteuerbaren und einstellbaren Mikrospiegeln (50) ausgeführt ist und wobei das Mikrospiegel-Array (5') derart einstellbar ist, dass zusätzlich zu dem Beobachtungsstrahlengang (17a, 17b) auch der Beleuchtungsstrahlengang (4a, 4b) über dieses Mikrospiegel-Array (5') verläuft.

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Mikroskop mit einer Beleuchtungseinheit zur Erzeugung eines Beleuchtungsstrahlengangs, wobei das Mikroskop ein Hauptobjektiv, das einen Beobachtungsstrahlengang definiert, und mindestens ein Umlenkelement zur Umlenkung des Beobachtungsstrahlengangs aufweist.

Solche Mikroskope werden häufig als Stereomikroskope, insbesondere als Operationsmikroskope ausgeführt. Aus der DE 103 25 575 A1 ist ein solches Mikroskop zur Simultanbeobachtung eines Objektes durch einen ersten und einen zweiten Beobachter bekannt, wobei das Mikroskop Umlenkelemente zum Umlenken eines parallel zur optischen Achse des Hauptobjektivs verlaufenden Beobachtungsstrahlengangs in eine erste Ebene, die sich im wesentlichen senkrecht zur genannten optischen Achse erstreckt, und anschließend in eine zweite Ebene, die im wesentlichen parallel zur und oberhalb der ersten Ebene ist, aufweist. Weiterhin sind Einrichtungen zur Auskopplung des Beobachtungsstrahlengangs für die Beobachter vorgesehen. Zwischen dem Hauptobjektiv und der ersten Ebene ist bei diesem Mikroskop eine Beleuchtungseinheit vorgesehen, die einen Beleuchtungsstrahlengang erzeugt, der durch das Hauptobjektiv des Mikroskops geführt ist. Vorteil dieser gemeinsamen Nutzung des Hauptobjektivs für den Beleuchtungs- und Beobachtungsstrahlengang ist, dass bei einer Veränderung der Brennweite des Hauptobjektivs keine separate Anpassung des Leuchtfeldes zu dem sich ändernden Sehfeld notwendig ist. Andererseits beansprucht die zwischen dem Hauptobjektiv und der besagten ersten Ebene unterzubringende Beleuchtungseinheit Raum, der insgesamt die Bauhöhe des Mikroskops vergrößert. Der Abstand zwischen Hauptobjektiv und erstem Umlenkelement, das den Beobachtungsstrahlengang in die erste Ebene umlenkt, sollte aber auch aus optischen Gründen, beispielsweise wegen Vignettierung und Reflexen, möglichst klein gehalten werden.

Ein bezüglich der Anordnung der Beleuchtungseinheit im Mikroskop ähnlicher Aufbau eines Stereomikroskops ist aus der US 2001/0010592 A1 bekannt. Bei dem dort beschriebenen Aufbau ist durch Anschluß eines Assistentenmikroskops eine Objektbetrachtung durch insgesamt drei Beobachter möglich. Auch hier soll ein Mikroskopaufbau möglichst geringer vertikaler Höhe realisiert werden. Die Beleuchtungseinheit befindet sich hier auf der Höhe des Hauptobjektivs und neben diesem, unterhalb einer ersten Ebene, in der der Beobachtungsstrahlengang nach seiner ersten Umlenkung durch ein erstes Umlenkelement hinter dem Hauptobjektiv des Mikroskops verläuft.

Aufgabe vorliegender Erfindung ist, bei Mikroskopen der genannten Art die Bauhöhe und/oder die Anzahl der Komponenten weiter zu reduzieren, um hierdurch insbesondere auch Verbesserungen der Optik zu realisieren.

Diese Aufgabe wird durch ein Mikroskop gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.

Bei dem erfindungsgemäßen Mikroskop ist mindestens eines der Umlenkelemente zur Umlenkung des Beobachtungsstrahlengangs als Mikrospiegel-Array mit individuell ansteuerbaren und einstellbaren Mikrospiegeln ausgeführt, wobei das Mikrospiegel-Array derart einstellbar ist, dass zusätzlich zum Beobachtungsstrahlengang auch der Beleuchtungsstrahlengang über dieses Umlenkelement verläuft. Das Umlenkelement erhält somit eine Mehrfunktionalität, die darin besteht, dass dieses Element sowohl eine Umlenkung des Beobachtungsstrahlengangs in gewünschter Weise gewährleistet, als auch gleichzeitig eine Einspiegelung des Beleuchtungsstrahlengangs gestattet.

Hierdurch werden mehrere vorteilhafte Effekte erzielt: Zum einen kann ein in der Regel vorhandener Umlenkspiegel in der Beleuchtungseinheit entfallen, der den Beleuchtungsstrahlengang in Richtung Objektebene oder – falls der Beleuchtungsstrahlengang durch das Hauptobjektiv geführt wird – zunächst in Richtung Hauptobjektiv lenkt. Insbesondere muß aber die Beleuchtungseinheit nunmehr nicht zwischen Hauptobjektiv und dem ersten Umlenkelement für den Beobachtungsstrahlengang angeordnet werden, sondern es ist möglich, die Beleuchtungseinheit in einer der eingangs genannten Mikroskopebenen anzuordnen, insbesondere in die erste Ebene, in der der Beobachtungsstrahlengang nach erstmaligem Umlenken durch das Umlenkelement hinter dem Hauptobjektiv verläuft. Die Erfindung erlaubt weiterhin eine flexible Anordnung einer oder auch mehrerer Beleuchtungseinheiten.

Mikrospiegel-Arrays als solche sind aus dem Stand der Technik bekannt. Sie bestehen in der Regel aus einer zweidimensionalen Anordnung einzelner Mikrospiegel, die einzeln oder geeignet kombiniert in ihrer Position einstellbar sind. Hierbei sind die Mikrospiegel mit einem feststehenden Trägerelement verbunden. Durch entsprechende Einstellung der Mikrospiegel kann bei feststehendem Trägerelement eine Strahlumlenkung realisiert werden, die folglich nur geringen Platzbedarf benötigt. Die fehlende Notwendigkeit einer Verschwenkung des Träger- oder Umlenkelements trägt weiterhin zur geringen Bauhöhe des Mikroskops bei. Insbesondere ist die Bauhöhe durch die bereits erwähnte neue Art der Anordnung der Beleuchtungseinheit verringert. Da hierdurch auch der Abstand zwischen Hauptobjektiv und erstem Umlenkelement verringert werden kann, insbesondere wenn der Beleuchtungsstrahlengang durch das Hauptobjektiv geführt wird, können Vignettierung und Reflexe vermindert werden.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Mikrospiegel des Mikrospiegel-Arrays derart einstellbar, dass mindestens zwei unterschiedliche Ablenkwinkel der Mikrospiegel für Beleuchtung- und Beobachtungsstrahlengang einstellbar sind. Das Mikrospiegel-Array wirkt im mikroskopischen Bereich als geometrischer Strahlenteiler und im makroskopischen Bereich als physikalischer Strahlenteiler. Da die Mikrospiegel relativ zu einander verschiedene Winkelstellungen einnehmen können, können mit einem einzigen Umlenkelement, das als Mikrospiegel-Array ausgeführt ist, gleichzeitig zwei unterschiedliche Ablenkwinkel realisiert werden. Durch die Verstellbarkeit der Mikrospiegel ist insbesondere eine flexible Wahl der Ablenkwinkel möglich. Insbesondere können auch zwei oder mehr Beleuchtungsstrahlengänge, beispielsweise von jeweils unterschiedlichen Beleuchtungseinheiten, auf das als Mikrospiegel-Array ausgebildete Umlenkelement gerichtet und durch entsprechende Umlenkung durch das Hauptobjektiv des Mikroskops und von dort auf das Objekt oder direkt auf das Objekt geführt werden. Somit können beispielsweise zwei unterschiedliche Beleuchtungen, wie Weißlicht und UV-Licht, unter verschiedenen Winkeln in platzsparender Weise auf das Objekt gelenkt werden.

Mit der Erfindung ist eine Strahlenganganordnung möglich, bei der sich Beobachtungsstrahlengang und Beleuchtungsstrahlengang fallweise überlappen können. Hierzu werden in gleichmäßiger Durchmischung über den gewünschten Reflexionsbereich die Mikrospiegel sowohl mit dem einen als auch mit dem anderen Winkel für den Beobachtungs- bzw. Beleuchtungsstrahlengang eingestellt. Obwohl hier im Mikrobereich eine geometrische Strahlenteilung erfolgt, wirkt das gesamte Array im makroskopischen Bereich wie ein physikalischer Strahlenteiler, allerdings zusätzlich mit mindestens zwei unterschiedlichen Ablenkungen. Auf diese Weise kann eine Beleuchtungseinkopplung direkt in den Beobachtungsstrahlengang erfolgen, ohne eine Vignettierung zu erzeugen.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist die Beleuchtungseinheit in einer Ebene zusammen mit einer Mikroskopkomponente, insbesondere einem Zoomsystem des Mikroskops, angeordnet, wobei der Hauptstrahl des durch das Hauptobjektiv verlaufenden Beobachtungsstrahlengangs oder die optische Achse des Hauptobjektivs auf diese Ebene im wesentlichen senkrecht steht. Bei dieser Ausführungsform kann die Beleuchtungseinheit insbesondere in einer der eingangs im Zusammenhang mit der DE 103 25 575 A1 erwähnten Ebenen (erste oder zweite Ebene) angeordnet werden, wobei die Beleuchtungseinheit dann benachbart zu einer anderen Mikroskopkomponente, wie ein Zoomsystem, ein Vergrößerungswechsler oder ein Zwischenabbildungssystem oder andere optische Komponenten, angeordnet ist. „Benachbart" heißt in diesem Kontext eine Anordnung in einer im wesentlichen horizontalen Ebene benachbart zu besagter Mikroskopkomponente, so dass diese Ebene die Mikroskopkomponente und die Beleuchtungseinheit im wesentlichen enthält oder beide schneidet. Bei einer solchen Anordnung wird eine deutliche Bauhöhenreduzierung (in vertikaler Richtung) erreicht und das Mikroskop kompakter gestaltet.

Insbesondere ist es in diesem Zusammenhang vorteilhaft, wenn das erste Umlenkelement des Mikroskops hinter dem Hauptobjektiv als Mikrospiegel-Array ausgeführt ist. Dann kann die Beleuchtungseinheit in der ersten Ebene angeordnet werden, in der der Beobachtungsstrahlengang nach seiner ersten Umlenkung verläuft.

Durch den erfindungsgemäßen Einsatz eines Mikrospiegel-Arrays als Umlenkspiegel zusätzlich für den Beleuchtungsstrahlengang kann das durch den Beleuchtungsstrahlengang im Objektfeld erzeugte Leuchtfeld in seiner Lage gezielt verändert und somit an das Sehfeld angepaßt, beispielsweise zum Sehfeld zentriert, werden. Weiterhin kann mit einem Mikrospiegel-Array eine beliebige Geometrie des Leuchtfelds, also ein beliebiges Leuchtfeldmuster, durch entsprechende Ansteuerung des Spiegel-Arrays erzeugt werden, wobei sich die erzeugten Leuchtfeldgeometrien zudem zeitlich variieren lassen. Beispielsweise kann anstelle eines runden Leuchtfeldes ein spaltförmiges Leuchtfeld projiziert werden. Weiterhin läßt sich der Durchmesser von runden oder ringförmigen Leuchtfeldern verändern. Es lassen sich auch Streifen- oder Gittermuster zur Darstellung der Topographie eines Objektes auf dem Objektfeld generieren. Zur Vermeidung von Reflexen lassen sich beispielsweise auch mondphasenförmige Muster erstellen. Somit bietet der Einsatz eines Mikrospiegel-Arrays vielfältige Möglichkeiten der Anpassung der Beleuchtung an ein gewünschtes Sehfeld bei einer mikroskopischen Untersuchung. Die bisher übliche Einstellung des Leuchtfelds über eine Leuchtfeldblende führte zudem zu einem Lichtverlust, welcher bei Verwendung eines Mikrospiegel-Arrays nicht auftritt, da dieses alles zur Verfügung stehende Licht verwenden, d.h. zur Erzeugung einer gewünschten Leuchtfeldgeometrie reflektieren kann.

Die Generierung zeitlich variierender Leuchtfeldgeometrien, z.B. die Generierung eines gepulsten Leuchtfeldmusters, auch im Sinne einer stroboskopischen Beleuchtung, kann zur Reduzierung der Lichtmenge im Leuchtfeld aus Gründen des Schutzes des zu untersuchenden Objektes (Zellen, Gewebe, Auge) sinnvoll sein.

Eine weitere Möglichkeit beim Einsatz eines Mikrospiegel-Arrays als Umlenkspiegel für den Beleuchtungsstrahlengang besteht in der räumlichen Variation der Lichtintensität des Leuchtfeldes. Hierdurch kann z.B. eine mittenbetonte, beispielsweise glockenförmige Verteilung der Leuchtfeldintensität in der Objektebene in einfacher Weise und unabhängig von der Abstrahlcharakteristik der Lichtquelle hergestellt werden. Hierdurch können interessierende Objektbereiche stärker beleuchtet werden, während periphere Bereiche einer geringeren Beleuchtung (und damit Belastung) ausgesetzt sind.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Mikrospiegel des Mikrospiegel-Arrays derart einstellbar, dass neben den Umlenkkomponenten für den Beleuchtungsstrahlengang und für den Beobachtungsstrahlengang zusätzlich optisch korrigierende Komponenten der Mikrospiegelorientierung vorhanden sind. In den entsprechenden für die Beobachtung und/oder für die Beleuchtung vorgesehenen Bereichen des Mikrospiegel-Arrays läßt sich zusätzlich zur Umlenkungskomponente im Sinne einer adaptiven Optik ein optisch korrigierender Anteil überlagern. Es ist insbesondere sinnvoll, diesen zusätzlichen optisch korrigierenden Anteil in Abhängigkeit von der Vergrößerungsstellung eines Mikroskopzooms und in Abhängigkeit von der Brennweite des Hauptobjektivs zu steuern. Somit lassen sich optische Abbildungsfehler, die von der Zoomstellung oder der Brennweite des Hauptobjektivs abhängen, durch einen optisch korrigierenden Anteil im Mikrospiegel-Array korrigieren.

Ein bedeutender Vorteil ergibt sich hierdurch für Mikroskope, bei denen die Beleuchtung durch das Hauptobjektiv geführt wird. Im Sinne einer adaptiven Optik lassen sich nämlich in Abhängigkeit von der Brennweite des Hauptobjektivs z.B. entstehende Randunschärfen des Leuchtfeldes mit einem Mikrospiegel-Array korrigieren, ohne eine Linse in der Beleuchtungsoptik verschieben zu müssen. Hierzu können die Mikrospiegel im Bereich für die Beleuchtung derart verstellt werden, dass das Mikrospiegel-Array zusätzlich eine sphärische Komponente aufweist. Hierdurch kann das optische System deutlich vereinfacht werden, da keine komplexen hochkorrigierten Abbildungssysteme erforderlich sind.

Bei Verwendung eines Mikroskops mit einem Hauptobjektiv variabler Brennweite, wie es üblicherweise in Operationsmikroskopen für die Neurochirurgie vorhanden ist, ist es im Rahmen vorliegender Erfindung vorteilhaft, wenn die Mikrospiegel des Mikrospiegel-Arrays im Bereich für die Beleuchtung derart ansteuerbar sind, dass das durch den Beleuchtungsstrahlengang auf dem Objekt erzeugte Leuchtfeld in Abhängigkeit von der eingestellten Brennweite des Hauptobjektivs veränderbar ist. Die Veränderbarkeit des Leuchtfelds bezieht sich dabei insbesondere auf die Form, Größe, Lage und/oder Lichtintensität des Leuchtfelds. Je nach eingestellter Brennweite des Hauptobjektivs kann somit die notwendige Nachführung der Lage und Größe des Leuchtfelds (größere Brennweiten oder Arbeitsabstände führen ohne Korrektur zu größeren Leuchtfelddurchmessern schwächerer Helligkeit) zur Anpassung an das Sehfeld insbesondere bei Mikroskopen erfolgen, bei denen die Beleuchtung separat neben dem Hauptobjektiv über einen Spiegel auf das Objekt gelenkt wird.

Ein weiterer Vorteil ergibt sich für Mikroskope, insbesondere Stereo- und/oder Operationsmikroskope, die mit einem Zoomsystem zur variablen Vergrößerung des Objektbildes ausgestattet sind. Auch hier ist es zweckmäßig, wenn die Mikrospiegel des Mikrospiegel-Arrays derart ansteuerbar sind, dass das durch den Beleuchtungsstrahlengang im Objektfeld erzeugte Leuchtfeld in Abhängigkeit von der eingestellten Zoomvergrößerung veränderbar ist. Durch die Veränderung des Leuchtfelddurchmessers in Abhängigkeit von der Zoomeinstellung kann das Leuchtfeld beim Zoomvorgang immer dem Sehfeld angepaßt werden. Mit wachsender Zoomvergrößerung wird nämlich das Sehfeld kleiner, also muss auch der Leuchtfelddurchmesser verkleinert werden. Dies führt zu einer Helligkeitszunahme im Objektfeld bei Verwendung eines Mikrospiegel-Arrays. Da aber gleichzeitig die wachsende Zoomvergrößerung zu einer Abnahme der Helligkeit (im Okular) führt, können sich beide Effekte kompensieren. Hiermit läßt sich also eine Konstanz in der Helligkeit für den Beobachter und/oder für die Dokumentation (mittels nachgeschalteter Kamera) erreichen. Dies erlaubt ein ermüdungsfreies Arbeiten für den Beobachter bzw. eine gute Vergleichbarkeit dokumentierter Vorgänge.

Anhang der folgenden Ausführungsbeispiele sollen die Erfindung und ihre Vorteile unter Verwendung der beigefügten Figuren näher erläutert werden.

Es zeigt:

1 die schematische Darstellung eines aus dem Stand der Technik bekannten Mikroskopaufbaus,

2 ein Umlenkelement gemäß der Erfindung in seitlichem Schnitt in schematischer Darstellung mit den zugehörigen Beleuchtungs- und Beobachtungsstrahlengängen,

3 die Anordnung einer Mikroskopkomponente und der Beleuchtungseinheit des Mikroskops in einer gemeinsamen Ebene mit einer typischen Flächen- und damit Winkelverteilung von Mikrospiegeln im Mikrospiegel-Array und

4 eine typische Flächen- und damit Winkelverteilung von Mikrospiegeln im Mikrospiegel-Array bei zwei Beleuchtungseinheiten.

1 zeigt eine Ausführungsform eines Stereomikroskops gemäß DE 103 25 575 A1, die im folgenden kurz erläutert werden soll. Mittels des Mikroskops 100 soll beispielsweise ein neurologisches Objekt 1 beobachtet werden. Eine Beleuchtungseinrichtung, welche das Objekt 1 entlang einer Beleuchtungsachse (Hauptstrahl des Beleuchtungsstrahlengangs) 4a beleuchtet, ist insgesamt mit 4 bezeichnet.

Allgemein enthält eine Beleuchtungseinheit für ein Mikroskop in der Regel eine oder mehrere der folgenden Komponenten: eine Lichtquelle, wie eine Glüh- oder Halogenlampe, eine Quecksilberdampf-, Xenon- oder LED-Lampe, wobei auch Licht über einen Lichtwellenleiter (Faserlichtleiter) in die Beleuchtungseinheit eingekoppelt werden kann, und wobei es sich bei den Lichtquellen um kohärente oder inkohärente Strahlungsquellen handeln kann, eine Leuchtfeldblende (Irisblende) zur Einstellung eines gewünschten Leuchtfeld-Durchmessers auf dem Objektfeld sowie eine Linsengruppe zur Abbildung der Leuchtfeldblende in die gewünschte Objektebene. Diese Abbildung wird durch das Hauptobjektiv des Mikroskops vorgenommen, wenn die Beleuchtung durch dieses Hauptobjektiv geführt wird. Weiterhin kann ein Beleuchtungszoom in der Beleuchtungseinheit vorgesehen sein. Die Helligkeit läßt sich bei einer Beleuchtungseinheit optomechanisch beispielsweise mittels einer in der Beleuchtungsapertur angeordneten Irisblende oder mittels eines Beleuchtungszooms beeinflussen, wobei das Beleuchtungszoom sowohl den Durchmesser des Leuchtfelds als auch die Beleuchtungsapertur beeinflusst.

Das Objekt 1 wird über ein Hauptobjektiv 2 in das Mikroskop 100 abgebildet. Die optische Achse des Hauptobjektivs 2 oder der Hauptstrahl des durch das Hauptobjektiv 2 definierten Beobachtungsstrahlengangs ist mit 2a bezeichnet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel verläuft sie im wesentlichen vertikal, wobei darauf hingewiesen sei, dass das Mikroskop 100 und somit auch die optische Achse 2a in allen Raumrichtungen orientierbar sein kann. Das Hauptobjektiv wird von einem Beobachtungsstrahlengang 17a, welcher entlang der optischen Achse 2a verläuft, durchsetzt. Der Beobachtungsstrahlengang 17a wird anschließend über ein Umlenkelement 5 in eine erste Mikroskopebene I umgelenkt. Die optische Achse in dieser ersten Mikroskopebene I ist mit 2b und der umgelenkte Strahlengang mit 17b bezeichnet. In der ersten Mikroskopebene I sind optische Komponenten 11, 15 angeordnet, bei denen es sich um Zwischenabbildungssysteme und/oder Vergrößerungssysteme handeln kann. Der in der ersten Mikroskopebene I verlaufende Beobachtungsstrahlengang 17b wird anschließend über ein Umlenkelement 6 entlang einer Achse 2c in die Vertikale und anschließend über ein weiteres Umlenkelement 7 in eine zweite, im wesentlichen horizontal und parallel zu der ersten Mikroskopebene I verlaufende zweite Mikroskopebene II umgelenkt. Wiederum können optische Bauelemente 15, 11, 12 in die Beobachtungsstrahlengänge 17c und 17d eingebracht sein, wobei es sich bei diesen optischen Bauelementen 15, 11, 12 beispielsweise um Dateneinspiegelungen, Shutter, Filter, transparente Displays, Strahlumlenksysteme oder Bildaufrichter sowie die bereits erwähnten Zwischenabbildungs- und/oder Vergrößerungssysteme handeln kann. Für die vorliegende Erfindung ist die Art und die Anordnung dieser optischen Bauelemente nicht entscheidend, daher soll hierauf nicht näher eingegangen werden.

Ohne Beschränkung der Allgemeinheit und zur Illustration vorliegender Erfindung soll es sich bei dem in 1 dargestellten optischen Element 11 in der Mikroskopebene I um ein Zoomsystem handeln, das eine stufenlose Vergrößerung erlaubt. (In der Praxis wäre in diesem Fall kein Assistentenmikroskop 10 vorhanden.)

In der optischen Achse 2d und somit im Beobachtungsstrahlengang 17d ist in diesem Ausführungsbeispiel ein optischer Teiler 9 zur Auskopplung des Beobachtungsstrahlengangs zu Dokumentationszwecken vorgesehen.

Über Umlenkelemente 8 und 14 sind Beobachtungsstrahlengänge 17e und 17f definierbar, die eine Einblickrichtung für den ersten Beobachter (Hauptoperateur) entlang einer optischen Achse 2f ermöglichen. Die sich an das Umlenkelement 14 anschließenden Binokulartuben für den Hauptbeobachter sind zur Vereinfachung der Darstellung nicht gezeigt. Alternativ kann auf das Umlenkelement 8 verzichtet werden, wodurch eine entsprechende Beobachtung für den Hauptoperateur in der zweiten Ebene II realisierbar ist. Zur Ergänzung sei ebenfalls darauf hingewiesen, dass mittels geeigneter Ausbildung des Umlenkelements 8 ein variabler Einblickwinkel realisierbar ist, wobei der Winkelbereich, über den dieser Einblick verschwenkbar ist, mittels des Pfeils 31 veranschaulicht ist, der sich über die entsprechenden Einblickrichtungen 32 und 33 erstreckt.

Der Vollständigkeit halber sei auch die Anordnung des Assistentenmoduls erläutert. Die Strahlengang-Auskopplung für einen zweiten Beobachter (Assistenten) wird mit Hilfe des Umlenkelements 7 erreicht, welches halbdurchlässig ausgebildet ist. Somit wird ein Teil des auf das Umlenkelement 7 auftreffenden Beobachtungsstrahlengangs nicht abgelenkt, sondern verläuft weiter entlang der optischen Achse 2c und trifft auf ein weiteres Umlenkelement 20, welches in einem insgesamt mit 10 bezeichneten Assistentenmikroskop vorgesehen ist. Dieses Umlenkelement 20 bewirkt, dass die Umlenkung des Beobachtungsstrahlengangs 17c in eine dritte Mikroskopebene III, in der der Beobachtungsstrahlengang 17g verläuft. In der Mikroskopebene III sind zusätzliche optische Bauelemente für den Assistenten, insgesamt mit 16 bezeichnet, und ein zweites Vergrößerungssystem 13 für den Assistenten vorgesehen. Das optische Element 16 kann beispielsweise ein Bildaufrichter sein. Ferner sind auch hier optische Elemente 11 bzw. 15 einbringbar. Die optische Achse des Vergrößerungssystems 13 ist mit 2g bezeichnet. Analog zur Hauptbeobachterrichtung kann auch der Assistenteneinblick mittels eines drehbaren Umlenkelements 18 variabel gestaltet sein. Wiederrum ist der Winkelbereich, über den der Assistenteneinblick verdrehbar ist, mittels eines Pfeils 36 dargestellt, der sich zwischen den entsprechenden Blickrichtungen 37 und 38 erstreckt.

Nähere Erläuterungen zu dem in 1 dargestellten Mikroskopaufbau sind der DE 103 25 575 A1 zu entnehmen, auf die hier explizit verwiesen wird.

Bei dem in 1 dargestellten Mikroskopaufbau ist zwischen dem Hauptobjektiv 2 und der ersten Ebene I die Beleuchtungseinheit 4 vorgesehen, die einen Beleuchtungsstrahlengang 4b erzeugt, der mittels eines Umlenkelements 4c auf und durch das Hauptobjektiv 2 des Mikroskops 100 geführt wird. Der hierdurch von der Beleuchtungseinheit 4 beanspruchte Raum vergrößert insgesamt die Bauhöhe des Mikroskops und ist auch aus optischen Gründen, wegen möglicher Vignettierung und Reflexen, nachteilig.

Erfindungsgemäß wird in der dargestellten Ausführungsform eines Mikroskops 100 das Umlenkelement 5 als Mikrospiegel-Array 5' mit individuell ansteuerbaren und einstellbaren Mikrospiegeln 50 ausgeführt, wobei das Mikrospiegel-Array 5' derart einstellbar ist, dass zusätzlich zu dem Beobachtungsstrahlengang 17a, 17b auch der Beleuchtungsstrahlengang 4b, 4a über dieses Umlenkelement 5' verläuft. In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, dass je nach gewünschter Anordnung der Beleuchtungseinheit 4 innerhalb des Mikroskops 100 auch andere Umlenkelemente, wie beispielsweise die Umlenkelemente 6 oder 7, alternativ oder zusätzlich als Mikrospiegel-Arrays ausgebildet sein können. Der Einfachheit halber soll im vorliegenden Ausführungsbeispiel lediglich das Umlenkelement 5' als Mikrospiegel-Array ausgebildet sein.

2 zeigt schematisch das Umlenkelement 5', das als Mikrospiegel-Array ausgeführt ist und ein Trägerelement 51 und darauf angebrachte und gelagerte Mikrospiegel 50 aufweist. Dargestellt ist ein seitlicher Schnitt durch das Umlenkelement 5', wie er dem Umlenkelement 5 aus 1 entspricht. Dargestellt sind weiterhin der Beobachtungsstrahlengang 17a, wie er vom Hauptobjektiv 2 des Mikroskops 100 kommt (vergleiche 1), sowie der Beobachtungsstrahlengang 17b nach Umlenkung am Umlenkelement 5. Dargestellt ist weiterhin der Beleuchtungsstrahlengang 4b, wie er von der Beleuchtungseinheit 4 erzeugt wird (vergleiche 1), sowie der Beleuchtungsstrahlengang 4a nach Umlenkung am Umlenkelement 5'.

Die Mikrospiegel 50 sind einzeln oder geeignet kombiniert in ihrer Orientierung einstellbar. Bei der in 2 dargestellten Orientierung der Mikrospiegel 50 zueinander ergeben sich die dargestellten Strahlengänge und somit gleichzeitig zwei unterschiedliche Ablenkwinkel. Es ist für den Fachmann ersichtlich, dass durch entsprechende Orientierung der Mikrospiegel 50 auch drei oder mehr Ablenkwinkel prinzipiell realisiert werden können. Es sei weiterhin darauf hingewiesen, dass der in 2 dargestellte Strahlengang 4b für den Beleuchtungsstrahlengang in aber auch außerhalb der Zeichenebene liegen kann. Hierzu sind die entsprechenden Mikrospiegel 50 geeignet zu orientieren und zwar beispielsweise derart, dass ein auf die Zeichenebene zulaufender Beleuchtungsstrahlengang 4b nach Umlenkung als Beleuchtungsstrahlengang 4a in der Zeichenebene (in Richtung Hauptobjektiv 2) verläuft. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Umlenkelements 5' als Mikrospiegel-Array erlaubt somit eine sehr flexible Anordnung einer Beleuchtungseinheit 4 in einem in 1 dargestellten Mikroskop 100.

3 zeigt eine Draufsicht auf die Ebene I aus 1. Dargestellt ist beispielsweise ein Zoomsystem 11 (oder eine andere optische Komponente) und eine benachbart zu diesem Zoomsystem 11 angeordnete Beleuchtungseinheit 4, so dass Beleuchtungseinheit 4 und Zoomsystem 11 im wesentlichen in einer gemeinsamen (horizontalen) Ebene I liegen. Der zum Umlenkelement 5' gerichtete Beleuchtungsstrahlengang ist wiederum mit 4b bezeichnet, die durch das Umlenkelement 5' umgelenkten Beobachtungsstrahlengänge wiederum mit 17b. Durch das Zoomsystem 11 erfolgt eine Aufspaltung in zwei stereoskopische Kanäle. In der 1 sind die Strahlengänge 17b von der Seite aus dargestellt, so dass sie hintereinander zu liegen kommen. Unterhalb des Umlenkelements 5 befindet sich das schematisch dargestellte Hauptobjektiv 2. Wie bereits im Zusammenhang mit 2 besprochen, kann durch geeignete Orientierung eines Teils der Mikrospiegel 50 eine Umlenkung des Beleuchtungsstrahlengangs 4b derart erfolgen, dass der umgelenkte Beleuchtungsstrahlengang 4a parallel zum Beobachtungsstrahlengang 17a und durch das Hauptobjektiv 2 und von dort auf das Objekt 1 verläuft. Wie aus einer Zusammenschau der 2 und 3 ersichtlich, überlappen sich Beleuchtungsstrahlengang 17a und Beobachtungsstrahlengang 4a.

Durch die in 3 dargestellte Anordnung kann der Abstand zwischen dem Hauptobjektiv 2 und dem Umlenkelement 5 bzw. 5' in einem in 1 dargestellten Mikroskopaufbau entsprechend verkleinert werden, da nun eine Anordnung der Beleuchtungseinheit 4 benachbart zur Mikroskopkomponente 11 (oder 15) in der Mikroskopebene I aufgrund vorliegender Erfindung möglich ist.

Es sei der Vollständigkeit halber darauf hingewiesen, dass bei geeigneter Anordnung oder Form des Hauptobjektivs 2 und/oder bei geeigneter Orientierung der Mikrospiegel 50 im Array 5' der Beleuchtungsstrahlengang 4a auch am Hauptobjektiv 2 vorbei geleitet werden kann. Ein solcher Aufbau wurde bereits verschiedentlich angesprochen.

In 3 ist weiterhin eine von der Form her typische Flächen- und damit Winkelverteilung als Querschnitt der Beobachtungsbüschel auf dem Mikrospiegel-Array 5' (= Bereiche 53) und als Querschnitt des Beleuchtungsbüschel auf dem Mikrospiegel-Array 5' (= Bereich 52) dargestellt. In diesem Bereich 52 wirken die Mikrospiegel als ein gemeinsamer Spiegel mit dem für die Einstahlrichtung der Beleuchtung spezifischen Winkel. Die Mikrospiegel 50 in den Bereichen 53, die für die stereoskopische Beobachtung benutzt werden, lenken die Stahlachsen 17a in die Achsen 17b unter einem anderen, vorzugsweise rechten Winkel ab. Bei der dargestellten Anordnung der 3 ist die relative Lage der auf das Objekt 1 gerichteten Beleuchtungsbüschel (Lage und Winkelverteilung im Bereich 52) zu den vom Objekt kommenden Beobachtungsbüscheln (Lage und Winkelverteilung in den Bereichen 53) in einfacher Weise variabel zu gestalten. In diesem Fall wirkt folglich das Mikrospiegel-Array 5' als geometrischer Strahlenteiler auch im makroskopischen Bereich.

4 zeigt eine zu 3 analoge Darstellung mit einer weiteren Beleuchtungseinheit 4' und zugehörigen Beleuchtungsstrahlengang 4b'. Der Bereich 54 stellt den Querschnitt des Beleuchtungsbüschels der Beleuchtungseinheit 4' auf dem Mikrospiegel-Array 5' dar. Wie bereits erwähnt, kann das Mikrospiegel-Array 5' auf diese Weise dazu verwendet werden, zwei unterschiedliche Beleuchtungen, wie etwa Weißlicht und UV-Licht, einzusetzen. Somit lassen sich auf platzsparende Weise mehrere Beleuchtungseinheiten in der Ebene I plazieren, deren Beleuchtungsstrahlengänge unter verschiedenen Winkeln auf das Umlenkelement 5' fallen. In diesem Zusammenhang sei weiterhin angemerkt, dass die Beleuchtungseinheit 4 und/oder eine weitere Beleuchtungseinheit 4' beispielsweise auch parallel zum Beobachtungsstrahlengang 17c oder 17d (vergleiche 1) angeordnet werden kann bzw. können, wenn die entsprechenden Umlenkelemente 6 bzw. 7 als Mikrospiegel-Arrays ausgebildet sind.

Die Lage bzw. Orientierung der Mikrospiegel 50 im Umlenkelement 5' kann frei programmiert werden. Somit sind beliebige Formen und Überlappungen von Beleuchtungs- und Beobachtungsstrahlen möglich und den jeweiligen optischen Systembedingungen, auch zeitlich variabel, anpaßbar. Insbesondere ist eine solche Anpassung in Abhängigkeit von der jeweiligen Stellung des Zoomsystems 11 möglich.

1
Objekt
2
Hauptobjektiv
2a
optische Achse des Hauptobjektivs
2b-2g
optische Achsen
4, 4'
Beleuchtungseinrichtung
4a
Beleuchtungsachse, Beleuchtungsstrahlengang
4b, 4b'
Beleuchtungsstrahlengang
4c
Umlenkelement
5
Umlenkelement
5'
Mikrospiegel-Array, Umlenkelement
6
Umlenkelement
7
Umlenkelement
8
Umlenkelement
9
optischer Teiler
10
Assistentenmikroskop
11
optische Komponente, Zoomsystem
12
optische Komponente
13
Vergrößerungssystem
14
Umlenkelement
15
optische Komponente
16
optisches Bauelement
17a-17g
Beobachtungsstrahlengänge
18
Umlenkelement
20
Umlenkelement
31
Winkelbereichspfeil
32, 33
Einblickrichtungen
36
Winkelbereichspfeil
37, 38
Blickrichtungen
50
Mikrospiegel
51
Trägerelement
52
Mikrospiegelbereich für Beleuchtung
53
Mikrospiegelbereich für Beobachtung
54
Mikrospiegelbereich für Beleuchtung
100
Mikroskop
I
erste Mikroskopebene
II
zweite Mikroskopebene
III
dritte Mikroskopebene


Anspruch[de]
Mikroskop mit einer Beleuchtungseinheit (4) zur Erzeugung eines Beleuchtungsstrahlengangs (4b, 4a), wobei das Mikroskop (100) ein Hauptobjektiv (2), das einen Beobachtungsstrahlengang (17a) definiert, und mindestens ein Umlenkelement (5, 6, 7) zur Umlenkung des Beobachtungsstrahlengangs (17a) aufweist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Umlenkelemente (5, 6, 7) als Mikrospiegel-Array (5') mit individuell ansteuerbaren und einstellbaren Mikrospiegeln (50) ausgeführt ist, wobei die Mikrospiegel des Mikrospiegel-Arrays derart einstellbar sind, dass zusätzlich zu dem Beobachtungsstrahlengang (17a, 17b) auch der Beleuchtungsstrahlengang (4a, 4b) über dieses Mikrospiegel-Array (5') verläuft. Mikroskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrospiegel (50) des Mikrospiegel-Arrays (5') derart einstellbar sind, dass mindestens zwei unterschiedliche Ablenkwinkel der Mikrospiegel (50) für den Beleuchtungsstrahlengang (4a, 4b) und den Beobachtungsstrahlengang (17a, 17b) einstellbar sind. Mikroskop nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Beleuchtungsstrahlengang (4a) und der Beobachtungsstrahlengang (17a) zumindest teilweise einander überlappen. Mikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungseinheit (4) in einer Ebene (I) mit einer optischen Komponente (11, 15) des Mikroskops (100), insbesondere einem Zoomsystem (11), angeordnet ist, wobei der Hauptstrahl des durch das Hauptobjektiv (2) des Mikroskops (100) verlaufenden Beobachtungsstrahlengangs (17a) auf diese Ebene (I) im wesentlichen senkrecht steht. Mikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste, dem Hauptobjektiv (2) des Mikroskops (100) folgende Umlenkelement (5) des Mikroskops als Mikrospiegel-Array (5') ausgeführt ist. Mikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrospiegel (50) des Mikrospiegel-Arrays (5') derart einstellbar sind, dass neben den Umlenkkomponenten für den Beleuchtungsstrahlengang (4b, 4a) und für den Beobachtungsstrahlengang (17a, 17b) zusätzlich optisch korrigierende Komponenten der Mikrospiegelorientierung vorhanden sind. Mikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 6 mit einem Hauptobjektiv (2) variabler Brennweite und/oder einem Zoomsystem (11) zur variablen Vergrößerung des Objektbildes, wobei die Mikrospiegel (50) des Mikrospiegel-Arrays (5') derart einstellbar sind, dass das durch den Beleuchtungsstrahlengang (4a) auf dem Objekt (1) erzeugte Leuchtfeld in Abhängigkeit von der eingestellten Brennweite des Hauptobjektivs (2) bzw. von der eingestellten Zoomvergrößerung veränderbar ist. Mikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrospiegel (50) des Mikrospiegel-Arrays (5') derart einstellbar sind, dass zwei oder mehr Beleuchtungsstrahlengänge (4b, 4b') von unterschiedlichen Beleuchtungseinheiten (4, 4') umgelenkt werden können.






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