有照明系统和照明系统控制器的手术显微镜的制作方法

专利名称：有照明系统和照明系统控制器的手术显微镜的制作方法
有照明系统和照明系统控制器的手术显微镜本发明涉及一种手术显微镜，包括观测镜以及可调的照明系统，其中，该观测镜可 以在视界内为观测者放大展示目标区，它包括一个可无级调整的放大系统，为该放大系统 配设有一个观测镜调整装置，所述照明系统为目标区提供照明光，使目标区在一个可调的 照明区内被可调照度的照明光照明，其中，设有照明系统控制器，该控制器为了获得有关观 测镜调整放大量的信息与观测镜调整装置连接，该控制器还与照明系统作用连接，以便调 整照明系统，使照明区的尺寸与视界的尺寸相适应。由EP0321586A1已知前言所述类型的手术显微镜。在那里介绍了一种手术显微 镜，它有一个可调放大量的观测镜，并包括一个带有可调的照明镜片的照明装置。为了在观 测镜放大量改变时，使照明区的尺寸与视界的尺寸相适应，规定观测镜与照明装置的镜片 華禹合oDE19537868B4公开了一种图像截距可调的手术显微镜。这种手术显微镜有一个照 明系统，借助它可以产生用于目标区的照明光。为了使照明系统的截距能与手术显微镜的 图像截距相匹配，将照明系统的截距设计为可变的。设置耦合机构，它使照明截距与手术显 微镜的图像截距耦合。因为在图像截距改变时，显微镜的放大量并因而其视界直径改变，所 以照明截距与图像截距的耦合，促使手术显微镜中照明区直径与视界直径相适应。此外，在DE20310548U1中阐述了 一种手术显微镜可调的照明系统。这种系统可以 将照明光针对不同照明区直径聚焦。由此，也相应地改变照明区内的照明光照度。在DE102005011121A1中介绍了一种在反射光显微镜中优化目标平面内照明功率 调整的方法，反射光显微镜尤其可设计为手术显微镜。为了避免在用显微镜研究的生物组 织内溯源于照明光过强造成热破坏，建议，在照明系统调整时，控制或调整到达目标区的照 明功率。在为神经和耳鼻喉(HN0)外科设计的手术显微镜中，使用大功率光源，如氙灯。这 些光源除了使目标区有期望的光亮的照明效果外，存在的缺点是，尽管从由这些光源提供 的照明光滤出UV(紫外线)和红外光，但仍能加热目标区内的组织。这带来热破坏的危险。 取决于功率调整、工作距离和对准目标区的照明光束，采用这些手术显微镜中的照明系统 可能在试验组织内引发光毒性反应。因而形成组织破坏。在按现有技术的系统中，由观测者，亦即通常由外科手术医生决定，他选择何种照 度照射目标区。这一人群完全知道，通过由手术显微镜中照明系统提供的照明光可能有损 伤病人组织的危险性。也就是说，手术显微镜的生产厂在操作规程中指明了这种危险，以及 在那里推荐，用尽可能小的光源功率工作。在手术开始时，手术医生往往选择将灯调整为较 低的功率。但是在手术显微镜光观测系统的放大量增加时，必须增大导向手术区的光量，因 为要不然视界看起来太暗。现在，当用手术显微镜工作时，即使相应的系统提供缩小照明区 的可能性，仍大多将用照明系统照明的区域调整为大于视界。这样做的原因在于，手术医生 在手术进行过程中在相应的手术显微镜中常常不利用这种缩小照明区的可能性。因此病人 的身体组织不必要地受照明光负荷。本发明的目的是，提供一种手术显微镜，它允许手术医生用照明光以下述方式照射手术区，即，使观测图像足够明亮，与此同时不存在通过照明光使病人组织热损伤的危险。此目的通过前言所述类型的手术显微镜达到，其中，照明系统控制器根据观测镜 调整的放大量将照明系统控制为，在第一个放大量区内，当目标区内的照明光照度不变时， 改变照明区的尺寸，在第二个放大量区内，在改变照度时，调整照明区的尺寸。按本发明的进一步发展，照明系统为了调整照明区含有一个可调的镜片组。可调 的镜片组优选地包括至少一个可调的透镜以及一个可调的照明区光阑。镜片组有一个公共 的驱动件用于调整透镜和照明区光阑，手术显微镜因此可以非常可靠地工作。按本发明的进一步发展，作为驱动件采用一根可旋转的轴。电动机尤其适用于驱 动这种轴。但与之不同或附加地，也可以为可旋转的轴配设用于其驱动的调节旋钮。按本发明的进一步发展，公共的驱动件以这样的方式作用在照明区光阑调整机构 上，即，将导入驱动件中的驱动力，不仅在照明区光阑打开时，而且在照明区光阑关闭时，均 传输给照明区光阑。这种调整机构因而有能力在照明区光阑中导入比较大的调整力。以此 方式经过长时期频繁打开和关闭，尽管由于运动构件机械磨损使光阑操纵力随时间不断增 大，照明区光阑仍能可靠地工作。按本发明的进一步发展，照明系统有一个照明光的光源，为它配设一个从光源射 出的照明光的照明光通量的调整装置。优选地，照明系统含有一个筛孔光阑用于调整照明 光通量。以此方式可以精确遵守转向目标区的照射光毒性的阈值。按本发明的进一步发展，为放大系统配设一个调整装置，它用于将观测镜的放大 量调整为一个可由观测者选择的值。按本发明的进一步发展，在第一个放大量区内，观测镜的透射率基本上是常数，以 及在第二个放大量区内，观测镜的透射率随放大量增大而降低。附图表示并在下面说明本发明有利的实施形式。其中

图1示意表示包括照明系统和照明系统控制器的手术显微镜；图2表示高倍放大时手术显微镜的照明区和视界；图3表示低倍放大时手术显微镜的照明区和视界；图4表示在图1所示的手术显微镜中观测镜对于不同视界直径的透射率；图5表示在手术显微镜照明系统中调整为不同照明区直径时照明光的强度；图6表示在目标区内不同照明区直径的照明光照度；以及图7、图8和图9表示在图1所示手术显微镜中的结构部件。图1所示的手术显微镜100有一个观测镜，它包括一个可聚焦的、有一条光轴110 的显微镜主物镜系统101。手术显微镜的观测镜包括一个作为可无级调整的放大系统104 的、具有可调透镜的三段式变焦镜头，该变焦镜头被左观测射束路径111和右观测射束路 径112贯穿。手术显微镜100允许观测者通过往具有接目镜115的双筒镜113中看，以可 调的放大量或放大倍数观测视界117内的目标区116。为可聚焦的主物镜系统101和可调的放大系统104分别配设一个调整装置119、 118。调整装置118、119各包括一个没有进一步表示的电机驱动器。手术显微镜100有一个照明系统150。照明系统150在目标区116的照明区152内提供照明光151。照明系统150含有氙灯153作为光源，为它配设可调的筛孔光阑154。 来自氙灯153的光线通过筛孔光阑154输入光导体155。照明系统150包含一个照明区光 阑157。它受到从光导体155射出的照明光156的照射。照明系统150还包括一个可调的 镜片158和一个可调的反射镜159。借助可调的镜片158和可调的反射镜159使从照明区 光阑157射出的照明光160转向目标区116。在那里它造成照明区152。为照明系统150配设照明系统控制器175。照明系统控制器175与控制氙灯153 功率的装置176以及与调整筛孔光阑154的装置177连接。调整筛孔光阑的装置177包括 一个图1中没有进一步表示的电动调整件。可调的镜片158和可调的照明区光阑157构成一个可调的镜片组180。为了调整 镜片158和照明区光阑157，照明系统150包含一个调整装置178。此调整装置178同样含 有一个图1中没有进一步表示的电动调整件。在照明系统150中的反射镜159设计为可调的。为了调整反射镜159，照明系统 150包含一个驱动装置179，它同样与照明系统控制器175连接。在手术显微镜100中通过调整反射镜159、可调的镜片158和照明区光阑157，可 以使显微镜主物镜系统101目标平面内的照明区152尺寸与视界117的尺寸相适应。为此 照明系统控制器175与在放大系统104旁的可聚焦主物镜系统101的调整装置118、119连接。为照明系统控制器175配设一个输入装置190。此输入装置190可以实现照明系 统控制器175的配置。尤其是，在更换接目镜115或显微镜主物镜系统101时对于在手术 显微镜内观测镜的投影成像参数的变化，可以调整照明系统控制器175。在照明系统控制器 175内保存有关接目镜115放大量的信息。从调整装置118、119将主物镜系统101和放大 系统104当前选择的调整，输入照明系统控制器175。根据接目镜115的放大量、放大系统104的放大量以及显微镜主物镜系统101的 调整，照明系统控制器175计算视界117的尺寸，亦即它在目标平面内的直径Ds。所述目标 平面相应于显微镜主物镜系统101的聚焦平面。然后针对算得的视界直径Ds，由照明系统控制器175将反射镜159驱动装置179 以及包括可调镜片158和照明区光阑157的镜片组180调整装置178控制为，使通过照明 系统150在目标区116内造成的照明区152与手术显微镜100的视界117相适应。照明区 152与视界117 —种有利的适配在于，照明区152的直径调整为视界117的直径Ds。但 也可以改变照明区152的直径队，使它总是略大于视界的直径Ds。在这里照明系统控制器175将照明系统150中的镜片组180控制为，针对直至中 等尺寸的照明区，亦即直至中等尺寸的照明区直径1\，调整镜片组158，不同时进行照明区 光阑157的变更。反之，调整为中等和小的照明区，也就是说对于中等和小的照明区直径1\，保持镜 片组158的位置不变，以及仅仅改变照明区光阑157的孔径。通过照明区尺寸与视界尺寸自动耦合，始终保证为借助手术显微镜100做手术的 外科医生，照射目标区可在手术显微镜接目镜内看到的区域。与此同时，可保护病人处于手 术显微镜视界外的组织结构，使之免受不必要的照明光负荷，也就是防止不希望的加热。图2示意表示图1中的手术显微镜100针对低倍放大 调整观测镜和照明镜的情况，此时照明区252覆盖视界217以及其尺寸与视界217的尺寸相应。图3示意表示图1中的手术显微镜100针对高倍放大调整观测镜和照明镜的情 况，此时照明区352同样覆盖视界317以及仍有与视界317的尺寸相应的尺寸。图4表示曲线图400，图中用曲线401描绘在手术显微镜100中观测镜101、104、 115对于视界各直径的透射率T，亦即从接目镜115射出的光量与由显微镜主物镜系统101 从目标区116上升的光量之比。当观测镜101、104、115的放大量改变时，例如通过调整放 大系统104或通过移动显微镜主物镜系统101的焦点，改变视界的直径Ds。对于图1所示 手术显微镜100的形式适用的是，随放大量增大急剧单调减小视界的直径Ds。也就是说，视 界的尺寸及其直径与镜片系统中观测镜101、104、115的光放大量成反向的单值关系。图1所示手术显微镜100中观测镜101、104、115的透射率T作为视界直径的函数 有第一段402，其中放大量比较小。在这一段402内，观测镜101、104、115的透射率T随着 放大量的增加，也就是说随着视界直径Ds的减小，实际上不改变。在与特征视界直径D/相应的规定放大量时，观测镜透射率T改变。超过这一放大 量，在第二段403中随着放大量增大观测镜的透射率T急剧减小。在曲线图400中，特征视 界直径D/确定观测镜透射率T曲线401的区段402与区段403的界限。在图1所示的手术显微镜100中，照明区152在放大量比较小时与视界117的尺 寸相适应，这通过以这样的方式改变照明系统150内可调的镜片180实现，即，在通过提高 观测镜的放大量缩小视界的情况下进行照明光的聚束。因此，为了在图1所示手术显微镜 100中补偿照明区152内伴随照明光的聚束发生的照度B的增加，通过调整氙灯153的灯功 率以及通过调整筛孔光阑154，减弱在系统中照射照明区光阑157的照明光156强度。图5表示有曲线501的曲线图500，图中定性地描绘在图1所示的手术显微镜100 照明系统150中，照射照明区光阑157的照明光156的强度，与通过系统调整后的照明区直 径Ds的关系。在与图4中的区段402相应的第一段502中，光强度I随放大量增大而下降。在 与图4中的第二段403相应的第二段503中，光强度I随放大量增大而提高。在这里照明 系统150的调整尤其以这样的方式与通过观测镜101、104、115调整的放大量相调谐，S卩，在 目标区的照明区内照明光的照度B有在图6中用曲线600表示的相应于曲线601的变化过 程。也就是说，在图1所示手术显微镜100中照明系统控制器175，根据观测镜101、104、115 调整的放大量将照明系统150控制为，在第一个放大量区602内在目标区116内照明光照 度B恒定的情况下改变照明区152的尺寸，以及在第二个放大量区603内调整照明区152 的尺寸，改变照度B。在这里，在图1所示手术显微镜100中的照明系统150被控制为，观 测者对于观测图像在双筒镜113中的亮度印象，在通过手术显微镜100中观测镜101、104、 115调整的整个放大量区内均保持不变。为了在目标区116内调整照明区152和照明光的照度B，在图1所示手术显微镜100的照明系统150中，借助调整装置178通过电动调整件调整照明区光阑157和镜片158， 与此同时调整由氙灯153向照明区光阑157提供的照明光156的强度。在手术显微镜100内照明区与视界耦合决定了，必须设计用于工作循环数量很大 的照明系统，因为在每次调整手术显微镜中的观测镜时也要改变照明系统。其出发点是，在 手术显微镜中观测镜与照明系统耦合的条件下，照明系统在10年的时间内调整220000次。在这种情况下需要在调整机构中强力的驱动器用于照明系统中的照明区光阑，因为在照明 区光阑内相应的薄片为缩小或放大其孔径频繁运动，光阑运动装置基于摩擦引起相应的磨 损。这意味着，经过10年的时间，为运动照明区光阑所需要的调整力可能提高20倍以上的 量，例如从0.05N提高到超过1.00N。对于这么大的调整力，通常不设计一般在照明区光阑 中使用的回位弹簧。为了尽管如此仍能在相应的长时期内保证可靠地调整光阑，必须确保 为了在任何工作状况下调整照明区光阑均能在光阑内导入足够大的调整力。因此如在图1所示的手术显微镜100中那样的照明区与视界的耦合，需要设在其中的照明系统150有相应坚固耐用的结构形式。图7、8和图9用不同的透视图表示手术显微镜100中考虑到这些要求的结构部件 700。结构部件700包含具有光轴795的可调式显微镜主物镜790，以及包括一个用于未 进一步表示的光导体的支座701。在此支座后面设手术显微镜的照明区光阑702。照明区 光阑702设计为可调的以及可以通过调整件703按双向箭头704的运动被打开和关闭。结构部件700包含一个照明镜组705，它有照明透镜706和照明反射镜707。照明 透镜706固定在支座708内，支座可运动地装在导轨709、710上。根据照明透镜706沿导 轨711、712的位置，从照明区光阑702射出的照明光或多或少强烈聚束地导向照明反射镜 707，它使照明光转向手术显微镜的目标区。结构部件700包括驱动轴720作为用于照明区光阑702和照明透镜706支座708 的共同驱动件。为驱动轴720配设包括传动装置722的伺服电动机721。伺服电动机721 通过传动装置722作用在驱动轴720上，以及能使之绕旋转动轴线723运动。此外，为驱动 轴720配设调节旋钮725，为的是在任何情况下还能保证驱动轴720的手动运动。结构部件700包括第一驱动杆730。此第一驱动杆730与驱动轴720刚性连接。 它通过滚柱轴承731作用在与照明透镜706支座708连接的滑轨732上。通过按借助箭头 733表示的旋转方向绕旋转轴线723旋转驱动轴720，使滑轨732沿箭头734的方向运动。为了调整照明区光阑702，在结构部件700内设第二驱动杆740。第二驱动杆740 可相对于驱动轴720绕其旋转轴线723旋转地被支承。在第二驱动杆740上设计两个导轨 741、742，它们作用在照明区光阑702调整件的操纵辊颈743上。在旋转驱动轴720时，第二驱动杆740按双向箭头750只在驱动轴720 —个规定 的旋转区内运动。这一旋转运动通过导轨741、742传给照明区光阑702的操纵辊颈743，以 实施相应于双向箭头704的调整运动。为了耦合驱动轴720与第二驱动杆740，采用一个包括在空间上相对于驱动轴720 固定设置的传动件750的传动机构。传动件750控制锁闭装置751。此锁闭装置751通过 一个没有进一步表示的弹性件作用在传动件750上，以及相应于设计在传动件上的控制曲 线752运动。在第一驱动杆730 —个规定的旋转位置，它通过传动凸块753和锁闭装置751 作用在第二驱动杆740上。此时便将驱动轴720的旋转运动也传给第二驱动杆740。以此 方式创造了一种照明区光阑702的调整机构，它不仅为了打开光阑，而且为了将其关闭，均 可将驱动力导入照明区光阑702的调整件703中。在图1所示的手术显微镜100中，实现由照明系统150形成的照明区与观测镜 101、104、115的视界耦合。有利的是，手术显微镜按选择也提供这样的可能性，S卩，与观测镜的调整无关地控制照明区。为此，可以在手术显微镜内集成一个可通断的、用于照明区与视界耦合的耦合机构。
权利要求
一种手术显微镜(100)，-包括观测镜(101、104、115)，它可以在视界(117)内为观测者放大展示目标区(116)；其中，-观测镜(101、104、115)含有一个可无级调整的放大系统(104)，为该放大系统(104)配设一个观测镜调整装置(116)；-包括可调的照明系统(150)，它为目标区(110)提供照明光(151)，使目标区在一个可调的照明区(152)内被可调照度的照明光(159)照明；其中，-设有照明系统控制器(175)，它为了获得有关观测镜(101、104、115)调整的放大量的信息与观测镜调整装置(116、117)连接，以及它与照明系统(150)作用连接，以便调整照明系统，使照明区(152)的尺寸与视界(117)的尺寸相适应；其特征为-所述照明系统控制器(175)根据观测镜(101、104、115)调整的放大量这样控制所述照明系统，即，在第一个放大量区内，当目标区(116)内的照明光照度不变时，改变照明区(152)的尺寸，在第二个放大量区内，在改变照度时，调整照明区(152)的尺寸。
2.按照权利要求1所述的手术显微镜，其特征为，所述照明系统(150)为了调整照明区 (152)含有一个可调的镜片组(180)。
3.按照权利要求2所述的手术显微镜，其特征为，所述可调的镜片组(180)包括至少一 个可调的透镜(158)。
4.按照权利要求2或3所述的手术显微镜，其特征为，所述可调的镜片组(180)包括一 个可调的照明区光阑(157、702)。
5.按照权利要求4和3所述的手术显微镜，其特征为，为了调整透镜(158、706)和照明 区光阑(157、702)，所述镜片组(180)有一个公共的驱动件。
6.按照权利要求5所述的手术显微镜，其特征为，作为所述驱动件采用一根可旋转的 轴(720)。
7.按照权利要求6所述的手术显微镜，其特征为为驱动所述可旋转的轴配设一个电 动机(721)。
8.按照权利要求6或7所述的手术显微镜，其特征为，为所述可旋转的轴配设一调节旋 钮(725)。
9.按照权利要求5至8之一所述的手术显微镜，其特征为，所述公共的驱动件(720) 以这样的方式作用在照明区光阑调整机构(740、741、742、702、743)上，即，将导入驱动件 (720)中的驱动力，不仅在所述照明区光阑(702)打开时，而且在所述照明区光阑(702)关 闭时，均传输给所述照明区光阑(702)。
10.按照权利要求1至9之一所述的手术显微镜，其特征为，所述照明系统(150)有一 个用于照明光的光源(153)，为该光源(153)配设一个用于调节从该光源(153)射出的照明 光的照明光通量的调整装置(176、177)。
11.按照权利要求1至10之一所述的手术显微镜，其特征为，所述照明系统(150)含有 一个筛孔光阑(154)用于调整照明光通量。
12.按照权利要求1至11之一所述的手术显微镜，其特征为，为放大系统(104)配设一 个调整装置(116)，该调整装置(116)用于将观测镜的放大量调整为一个可由观测者选择的值。
13.按照权利要求1至12之一所述的手术显微镜，其特征为，在第一个放大量区(401) 内，观测镜(101、104、115)的透射率基本上是常数。
14.按照权利要求1至13之一所述的手术显微镜，其特征为，在第二个放大量区(402) 内，观测镜(101、104、115)的透射率随放大量增大而降低。
全文摘要
本发明涉及一种手术显微镜(100)，包括观测镜(101、104、115)，它可以在视界(117)内为观测者放大展示目标区(116)。观测镜(101、104、115)含有一个可无级调整的放大系统(104)，为它配设一个观测镜调整装置(116)。手术显微镜(100)包括可调的照明系统(150)，它为目标区(110)提供照明光(151)，使目标区在一个可调的照明区(152)内用可调照度的照明光(159)照明。在手术显微镜(100)中设照明系统控制器(175)，它为了获得有关观测镜(101、104、115)调整放大量的信息与观测镜调整装置(116、117)连接，以及它与照明系统(150)作用连接，以便调整照明系统，使照明区(152)的尺寸与视界(117)的尺寸相适应。按本发明，照明系统控制器(175)根据观测镜(101、104、115)调整的放大量控制照明系统(150)，使得在第一个放大量区内，当照度不变和目标区(116)内照明光改变时，增大照明区(152)的尺寸，在第二个放大量区内，调整照明区(152)的尺寸，改变照度。
文档编号G02B21/06GK101842731SQ200880113554
公开日2010年9月22日 申请日期2008年11月13日 优先权日2007年11月14日
发明者乔基姆·斯蒂芬, 于尔根·利格尔, 于尔根·卡勒, 克劳斯·埃伯利, 哈特穆特·盖特纳, 格哈德·赫尔曼, 赫尔穆特·里塞尼格 申请人:卡尔蔡司外科器械有限责任公司