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WO2005116711A1 - Aperture converter, illuminating device for an optical observation unit and coupling device for launching light of a light source into the entrance end of a light guide - Google Patents

Aperture converter, illuminating device for an optical observation unit and coupling device for launching light of a light source into the entrance end of a light guide Download PDF

Info

Publication number
WO2005116711A1
WO2005116711A1 PCT/EP2005/005778 EP2005005778W WO2005116711A1 WO 2005116711 A1 WO2005116711 A1 WO 2005116711A1 EP 2005005778 W EP2005005778 W EP 2005005778W WO 2005116711 A1 WO2005116711 A1 WO 2005116711A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
aperture
light guide
light
illumination optics
converter
Prior art date
Application number
PCT/EP2005/005778
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Peter Reimer
Heinz Abramowsky
Daniel Kolsier
Original Assignee
Carl Zeiss Surgical Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Carl Zeiss Surgical Gmbh filed Critical Carl Zeiss Surgical Gmbh
Publication of WO2005116711A1 publication Critical patent/WO2005116711A1/en

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    • G02B6/24Coupling light guides
    • G02B6/42Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4298Coupling light guides with opto-electronic elements coupling with non-coherent light sources and/or radiation detectors, e.g. lamps, incandescent bulbs, scintillation chambers
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/09Beam shaping, e.g. changing the cross-sectional area, not otherwise provided for
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    • G02B6/4292Coupling light guides with opto-electronic elements the light guide being disconnectable from the opto-electronic element, e.g. mutually self aligning arrangements

Definitions

  • the present invention relates to an aperture converter, an illumination device for an optical observation device, in particular for an operating microscope, which comprises a light source, an illumination optics and a light guide arranged between the light source and illumination optics.
  • the invention also relates to a coupling device for coupling light from a light source into the entry end of a light guide.
  • the lighting systems currently used for optical observation devices usually include halogen lamps as light sources and a fiber-optic light guide for transmitting the light to the illumination optics of the surgical microscope.
  • halogen lamps as light sources
  • a fiber-optic light guide for transmitting the light to the illumination optics of the surgical microscope.
  • the light source serves as the primary light source, the light of which is guided to the illumination optics by means of the light guide.
  • the exit end of the light guide then serves as a secondary light source, which is imaged by the illumination optics of the surgical microscope in accordance with the respective requirements in the object field of the microscope in order to illuminate the object.
  • An advantage of such lighting systems is the thermal decoupling of the primary light source, which is a heat source, from the optical one Observation device due to the spatial distance of the primary light source from the optical observation device.
  • the lighting optics of the lighting device of an optical observation device are generally matched to the emission characteristics of the fiber optic light guide.
  • the numerical aperture of the light guide at its exit end hereinafter referred to as exit aperture, is of particular importance for the radiation characteristic.
  • the exit aperture determines in particular the opening angle of the illuminating beam emerging from the exit end of the light guide.
  • the aperture of the illuminating beam depends on the exit aperture of the light guide.
  • the aperture of the illuminating beam is defined as the sine of half the opening angle of the illuminating beam. Half the opening angle is also called the aperture angle
  • the exit aperture of the light guide is determined on the one hand by the parameters of the light guide itself and on the other hand by the type of coupling of the light into the entry end of the light guide.
  • the numerical aperture at the exit end of a straight cylindrical light guide is equal to the numerical aperture at its entry end.
  • the coupling of the light into the entry end of the light guide is usually optimized in such a way that the numerical aperture of the entry end of the light guide is used almost completely.
  • the opening angle of the beam of rays coupled into the entry end of the light guide is selected such that its aperture essentially corresponds to the numerical aperture of the entry end of the light guide. If the aperture of the incident beam is larger than the numerical aperture of the entry end of the light guide, part of the beam is no longer totally reflected in the light guide and consequently emerges from the light guide through the cladding. This results in undesired loss of intensity.
  • a too small opening angle of the beam bundle coupled into the entry end leads to an aperture in the exit end of the fiber optic light guide Illumination beam bundle that is smaller than the maximum possible aperture.
  • the lighting optics are generally matched to the maximum possible aperture.
  • Halogen lamps are frequently used in the lighting devices described. However, if instead of a halogen lamp, for example, a high-pressure discharge lamp with a light output similar to that of the halogen lamp, such as a xenon lamp of the XBO type, is used, the numerical aperture of the entry end of the light guide is generally only partially used. The reason for this is the typically smaller radiation area of the high-pressure discharge lamp compared to the halogen lamp. If the light of the high-pressure discharge lamp is therefore coupled into the entry end of the light guide with the same coupling device as the light of the halogen lamp, the coupled-in beam has a smaller aperture than the beam of the halogen lamp.
  • the object of the present invention is therefore to create an alternative aperture converter.
  • Another object of the invention is to provide an illumination device for an optical observation device, in particular for an operating microscope, which can be adapted to different light sources in particular by simple means.
  • the first task is solved by an aperture transducer according to claim 1, the second task by a lighting device according to claim 4 or a lighting device according to claim 7, the third task by an optical observation device according to claim 8 and the fourth object by a coupling device for coupling light from a light source into the entry end of a light guide according to claim 10.
  • the dependent claims contain advantageous developments of the invention.
  • An aperture transducer is designed in such a way that it statistically deflects light rays of a beam of rays passing through it by angles of a defined angular range from their original direction.
  • the aperture transducer can be designed such that the angles around which the deflection takes place form a Gaussian distribution. The half-width of the Gaussian distribution can then serve as the defined angular range.
  • the scattering optical element is an aperture converter that can be produced inexpensively.
  • One factor in the cost reduction is the fact that there is only diffuse scattering in a defined solid angle range. Precisely machined lenses or mirror surfaces are therefore not necessary.
  • the aperture transducer according to the invention can in particular be implemented as a diffuser, also called a diffuser.
  • the overall length of the aperture converter can be kept very small.
  • the diffusing screen can therefore also be retrofitted into beam paths, for example of lighting devices, without great effort, in order to ensure an aperture adjustment.
  • the lighting device comprises a light source, a lighting optics, a light guide arranged between the light source and the lighting optics with an entry end directed towards the light source and an exit end directed towards the lighting optics, a coupling device for generating a beam of rays to be coupled into the entry end of the light guide the light from the light source and for coupling the beam into the light guide and an aperture converter for converting the aperture of a beam of rays occurring in the beam path of the lighting device.
  • the light guide can be designed, for example, as a liquid light guide, as a single light-guiding fiber or as a fiber bundle composed of a plurality of light-guiding fibers.
  • the light-conducting fibers can also run in an ordered or disordered manner.
  • Concave mirrors and lenses are particularly suitable as the coupling device.
  • the lighting device according to the first embodiment of the invention is characterized in that the aperture transducer is designed as an aperture transducer according to the invention.
  • the lighting device according to the invention can in particular be easily adapted to different light sources. When changing the light source, only the scattering optical element has to be replaced. If, for example, the lighting device is optimized for a halogen lamp, but is operated with a high-pressure discharge lamp, an appropriately selected aperture converter according to the invention, i.e. an aperture converter according to the invention with a suitable scattering angle range, so that the illuminating beam can optimally illuminate the object to be illuminated without having to change the illuminating optics or the reflector and / or the lens for coupling the light emitted by the light source into the light guide. If a different type of lamp is now to be used, the aperture converter according to the invention only needs to be replaced - or if a return to the halogen lamp takes place - to be removed in order to ensure the optimal illumination of the object to be illuminated.
  • an appropriately selected aperture converter according to the invention i.e. an aperture converter according to the invention with a suitable scattering angle range
  • the aperture converter according to the invention is arranged between the coupling device and the entry end of the light guide and can be regarded as part of the coupling device.
  • the opening angle of the coupled beam can be adapted to the numerical aperture of the entry end of the light guide, for example in the case described above Change from a halogen lamp to a high-pressure discharge lamp. Without the aperture converter according to the invention, such a change would lead to poorer utilization of the numerical aperture of the entry end of the light guide and thus to a radiation characteristic that is no longer optimal at the exit end of the light guide.
  • the aperture converter according to the invention is arranged between the exit end of the light guide and the illumination optics.
  • the aperture angle of the beam emerging from the exit end of the light guide can then be influenced by means of the aperture transducer according to the invention. For example, when the transition from a halogen lamp to a high-pressure discharge lamp is no longer optimal, the radiation characteristic of the exit end of the light guide leads to an illuminating beam with an aperture angle that is too low for optimal illumination of the object to be illuminated with the illumination optics.
  • This aperture angle can be increased by means of the aperture transducer according to the invention, so that it is optimally adapted to the illumination optics again.
  • the illumination device in a second embodiment variant, it comprises a light source, an illumination optics, a light guide arranged between the light source and the illumination optics with an inlet end directed towards the light source and an outlet end directed towards the illumination optics, a coupling device for generating a beam to be coupled into the entry end of the light guide Light from the light source and for coupling the beam into the entry end of the light guide and an aperture converter for converting the aperture of a beam occurring in the beam path of the lighting device.
  • the light guide and the coupling device can have the same configuration as the light guide and the coupling device in the first embodiment.
  • the lighting device is characterized in that the aperture transducer is arranged between the light guide and the lighting optics.
  • Arranging the aperture converter between the exit end of the light guide and the illumination optics offers the advantage over arranging between the entry end and the coupling device that the aperture converter is thermally decoupled from the light source. Materials which can not be exposed to the temperatures prevailing in the vicinity of the lamp can therefore also be used as materials for the aperture converter.
  • an aperture transducer according to the invention for example a diffusing screen, can also be used as the aperture transducer.
  • the aperture converter the radiation characteristic of the exit end of the light guide can be adapted to the illumination optics, as described above.
  • other types of aperture converters can also be arranged as aperture converters between the exit end of the light guide and the illumination optics.
  • conical light guide elements, conical or parabolic sleeves with mirrored inner surfaces or lenses are conceivable.
  • An optical observation device comprises an illumination device according to the first or the second embodiment variant of the invention.
  • the optical observation device can in particular be designed as a surgical microscope, for example for ophthalmic surgery and neurosurgery.
  • the coupling device according to the invention also comprises an aperture transducer arranged between the bundling device and the light guide to influence the aperture of the beam to be coupled into the light guide.
  • the coupling device according to the invention is characterized in that the aperture transducer is designed as an aperture transducer according to the invention.
  • the aperture converter according to the invention represents a cost-effective means for aperture conversion in a coupling device.
  • the coupling device according to the invention can be inexpensively adapted to the respective light source during operation with different light sources, which result in different apertures of the light beam to be coupled in.
  • Fig. 1 shows a first embodiment for the lighting device according to the invention.
  • FIG 2 shows an aperture converter according to the invention.
  • FIG. 3 shows the angular distribution of the intensity of a parallel beam after passing through the aperture converter from FIG. 2.
  • FIG. 4 shows a first possibility for the arrangement of the aperture transducer according to the invention from FIG. 2 in the beam path.
  • FIG. 5 shows a second possibility for the arrangement of the aperture transducer according to the invention from FIG. 2 in the beam path.
  • FIG. 6 shows a second exemplary embodiment of the lighting device according to the invention.
  • FIG. 1 shows a lighting device for a surgical microscope as a first exemplary embodiment of the lighting device according to the invention.
  • the illumination device comprises a light source unit 10, which is generally arranged at a distance from the surgical microscope, an illumination optical unit 30 arranged directly on the surgical microscope, and a light guide 50 for guiding the light from the light source unit 10 to the illumination optics unit 30.
  • One end 52 of the light guide 50 is located in the light source unit 10 and serves as the entry end for the light generated by the light source unit 10.
  • the other end 54 of the light guide 50 is arranged in the illumination optical unit 30 and serves as an exit end for the light transmitted by the light guide 50.
  • the exit end 54 forms the secondary light source of the lighting device.
  • the light source 11 of the illumination device is located in the light source unit 10 which is arranged remote from the illumination optics unit 30, in order to avoid excessive heating of sensitive parts of the surgical microscope.
  • the light source unit 10 comprises a coupling unit designed as a reflector 13, which reflects light emanating from the high-pressure discharge lamp 11 as a convergent beam 14 in the direction of the entry end 52 of the light guide 50, in order to to couple the light guide 50.
  • the light source unit 10 also comprises an infrared filter 15, which is arranged between the reflector 13 and the entry end 52 of the light guide 50.
  • an attenuator 17 can be present between the reflector 13 and the entry end 52 of the light guide 50, which attenuates a possibly too high intensity of the beam 14.
  • the illumination optics unit 30 comprises a first illumination optics lens 31, which can also be designed as a lens group. It also includes a second illumination optical lens 35, which is formed by the main objective lens 35 of the surgical microscope. Although the main objective lens 35 is shown as an individual lens in FIG. 1, it can in particular also be designed as a lens group.
  • the illumination optics unit 30 further comprises a partially transparent reflecting surface in the form of a partially transparent mirror 32, with which the illuminating beam 33 is deflected in the direction of the main objective lens 35.
  • the illuminating beam 33 passes through the main objective lens 35 to the observation object 37 to be illuminated.
  • the light reflected by the illuminated observation object 37 can then pass through the main objective lens 35 and the partially transparent mirror 32 into the observation beam path (not shown) of the microscope.
  • a partially transparent mirror 32 arranged in the observation beam path serves to deflect the illuminating beam 33 in the direction of the main objective lens 35, which represents the second illuminating optical lens.
  • at least one reflecting surface which is not arranged in the observation beam path can also be used to deflect the illuminating beam 33 in the direction of the second illuminating optical lens 35.
  • the reflecting surface for deflecting the illuminating beam 33 in the direction of the main objective lens can be arranged between the two partial beam paths of the stereomicroscope.
  • the reflecting surface then does not impair the observation beam path the entire illumination intensity is deflected in the direction of the main objective. If there is no common main objective for the partial beam paths of the observation beam path or if this should not be used for the illumination, the second illuminating optical lens can also be designed as an independent lens or lens combination.
  • the optical axes of the illumination beam path and the observation beam path also coincide between the observation object 37 and the partially transparent mirror 32.
  • the optical axes of the observation beam path and of the illumination beam path can be inclined relative to one another by up to approximately 10 °, in particular by 2 ° to 6 °.
  • one or more reflecting surfaces can be arranged laterally offset to the observation beam path, which deflect the observation beam in the direction of the main objective lens.
  • the reflecting surfaces then do not interfere with the observation beam path, and the entire illumination intensity can also be deflected in the direction of the main lens.
  • one or more independent lenses or lens combinations can be used as the second illumination optical lens (s) instead of the main objective.
  • the reflecting surface can be designed as a mirror surface, for example also as a prism surface.
  • the reflector 13, the light guide 50 and the optical elements 31, 32, 35 of the illumination optical unit 30 are coordinated with one another in such a way that the observation object 37 is optimally illuminated when using a halogen lamp as the light source 11.
  • the reflector 13 is designed such that it generates a beam 14 with an aperture that essentially corresponds to the numerical aperture of the entry end 52 of the light guide 50.
  • the optical elements 31, 32, 35 of the illumination optical unit 30 and the radiation characteristic at the outlet end 54 of the light guide 50 are matched to one another in such a way that they have the maximum possible aperture illuminate the observation object 37 optimally at the exit end 54 of the light guide 50.
  • a high-pressure discharge lamp is used instead of a halogen lamp.
  • a high-pressure discharge lamp generally has a smaller radiation area than a halogen lamp of the same power, the reflector 13 is no longer optimally matched to the light guide 50 used.
  • the opening angle of the convergent beam 14 reflected on the entry end 52 of the light guide 50 is smaller than when using the halogen lamp, so that the numerical aperture of the entry end 52 of the light guide 50 is no longer optimally used.
  • the aperture of the beam transmitted through the light guide 50 and emerging from the exit end 54 of the light guide 50 is smaller than when the halogen lamp is used, so that the radiation characteristic of the exit end 54 - in particular the opening angle of the divergent illumination beam 33 emerging from the exit end 54 - and that optical elements 31, 32, 35 of the illumination optical unit 30 are no longer optimally matched to one another.
  • a diffusing screen 70 is arranged in the illumination optics unit 30 immediately behind the outlet end 54 of the light guide 50 as an aperture transducer according to the invention, which increases the opening angle of the illuminating beam 33 to such an extent that the opening angle and the optical elements 31, 32, 35 of the illumination optical unit 30 are optimally adapted to one another again.
  • the diffusing screen 70 has a flat surface 72 and a surface 74 opposite the flat surface 72 with an irregular surface structure.
  • a beam of light falling through the flat surface 72 into the diffusing screen 70 is emitted statistically deflected from the lens 70 through the side 74 with an irregular surface structure from its original direction.
  • the deflection angles ⁇ are statistically distributed essentially in an angular range from - ⁇ FWhM to + ⁇ FWh, the distribution depending on the structure of the irregular surface of the side 74 of the lens 70.
  • the statistical distribution of the deflection angle ⁇ is shown in FIG. 3.
  • the figure shows the intensity I measured for a beam 75 (FIG. 2) incident perpendicularly on the flat surface 72 of the diffusing screen 70 after passing through the diffusing screen 70 as a function of the deflection angle ⁇ .
  • the intensity I is related to the intensity lo, which is measured after the passage in the original direction of the incident beam 75.
  • a not inconsiderable intensity can also be measured in directions which deviate from the original direction of the incident beam 75.
  • the intensity of the beam emerging from the diffusing screen 70 is still approximately half of the intensity l 0 measured in the original direction of the beam 75.
  • the intensity distribution shown in FIG. 3 essentially represents a Gaussian distribution with a half-width (FWhM, filling width of half maximum) of approximately 5.5 °. The larger the half-width of this Gaussian curve, the more divergent is the flat surface 72 The beam 75 impinging on the diffuser after passing through the diffuser 70, in other words, the more pronounced the aperture conversion for the incident beam 75.
  • the half-width ⁇ pwh M of the intensity distribution can be increased or decreased.
  • a beam of rays passing through an aperture transducer according to the invention does not have a sharply defined aperture after it has passed through.
  • it can only be said how high is the proportion of the original intensity that falls within the angular range given by an "aperture angle". If, for example, ⁇ ⁇ / hM is determined as the aperture angle, 68% of the original intensity falls in the Angular range from - ⁇ FWhM to + ⁇ / hM.
  • the aperture angle chosen is -2 ⁇ FWhM
  • over 95% of the original intensity falls within the angular range from -2 ⁇ F W h .v ⁇ to + 2 ⁇ Fw hM .
  • a defined angular range can be specified which leads to a corresponding portion of the original intensity falling within this angular range.
  • the specific choice of the half-value width ⁇ / v h M and the defined angular range depends on how much of the intensity of the beam is to be coupled into the entry surface 52 of the light guide 50. If the half-value width ⁇ FW h is chosen too large, the proportion of the intensity present before the aperture conversion that can be coupled into the entrance surface 52 after the aperture conversion is small, since the Gaussian curve then has a large proportion of large scattering angles ⁇ , which at one time Leading exceeding the numerical aperture of the entrance surface 52. On the other hand, if the half-width ⁇ FWI I M is too small, the numerical aperture is not optimally used, since only a small part of the intensity before the aperture conversion is noticeably deflected from the original direction.
  • the half-value width OHM IM of the aperture transducer should therefore be chosen with regard to the desired proportion of the intensity to be coupled in as well as with regard to the aperture of the beam before the aperture conversion and the numerical aperture of the entrance surface 52.
  • the operation of the diffusing screen 70 was explained on the basis of an incident parallel bundle of rays, there is no change in the quality of the observation if the incident bundle of rays is a divergent or convergent bundle of rays. Also for divergent or convergent bundles of rays as they pass through the diffusing screen 70, the aperture is enlarged (see FIGS. 4 and 5), which is based on a statistically distributed deflection of the individual beams from their original direction.
  • any optical element that statistically deflects a light beam passing through it by a certain angle from its original direction can also be achieved with any optical element that statistically deflects a light beam passing through it by a certain angle from its original direction.
  • any optical element which is designed such that it deflects an incident light beam with a statistically distributed probability by an angle ⁇ from its original direction is suitable as the aperture converter according to the invention.
  • the defined angular range can then be given, for example, by the half-value width of the distribution.
  • the angular distribution need not be a Gaussian distribution.
  • the defined scattering angle range could be given, for example, by the range of constant intensity if the intensity distribution is plotted against the deflection angle ⁇ from the original direction.
  • the diffusing screen shown in FIG. 4 has an irregular surface only on its exit side 74.
  • the irregular surface can also be arranged on the input side.
  • both the entry surface and the exit surface each have an irregular surface.
  • FIG. 4 A second exemplary embodiment of the lighting device according to the invention is shown in FIG.
  • the lighting device of the second exemplary embodiment differs from that of the first exemplary embodiment only in that the diffusing screen 70 takes place is arranged between the exit end 54 of the light guide 50 and the lens 31 of the illumination optical unit 30 between the attenuator 17 of the light source unit 10 and the entry end 52 of the light guide 50.
  • the arrangement of the diffusing screen 70 in front of the entry end 52 of the light guide 50 means that a convergent beam of rays coming from the reflector 13, the aperture of which is not optimally matched to the numerical aperture of the entry end 52, can be matched to the numerical aperture (see FIG. 4).
  • the beam At the exit end 54 of the light guide 50, the beam then emerges with an aperture that corresponds to the optimal aperture for the optical elements 31, 32, 35 of the illumination optics unit 30, so that the observation object 37 can be optimally illuminated.
  • the lighting device of the second exemplary embodiment need not necessarily be designed as a unit.
  • the lighting device can comprise, as independent units, a light guide, a lighting optical unit, a lamp and a coupling device for coupling the light coming from the lamp into the light guide.
  • the coupling device then comprises at least one focusing device, for example at least one reflector and / or at least one lens, which focuses the light emanating from the light source and directs it towards the entry end of the light guide, and an aperture transducer according to the invention, for example the one described above lens.
  • an aperture transducer according to the invention for example the one described above lens.
  • a statistically scattering optical element with a defined scattering angle area can be used advantageously as an aperture converter in lighting devices and coupling devices.
  • a lens 70 is provided as the aperture converter.
  • another aperture converter can also be used in the first exemplary embodiment.
  • Aperture converters in the form of parabolic or conical sleeves with mirrored inner sides, lenses, in particular diverging lenses, or conical light guides are conceivable, for example.
  • the aperture transducer according to the invention and in particular the diffusing screen are extremely advantageous due to the possibility of the small overall length.

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Abstract

The invention concerns an optical observation unit comprising: a lamp (11); illuminating optics (31, 32, 35); a light guide (50), which is placed between the lamp (11) and the illuminating optics (31, 32, 35) and which has an entrance end (52) oriented toward the lamp (11) and an exit end oriented toward the illuminating optics (31, 32, 35); a focussing device (13) for producing a ray beam (14), which is comprised of light from the lamp (11) and which is to be launched into the entrance end (52) of the light guide (50), and for launching this ray beam (14) into the light guide (50), and; an aperture converter (70), which serves to convert the aperture of an arising ray beam (14, 33) and which is designed so that light beams of a ray beam (14) passing through the aperture converter are statistically deflected from their original direction by an angle (υ) from a defined angular range. The numeric aperture of the ray beam (14) produced by the focussing device (13) is not matched to the numeric aperture of the light guide (50). The aperture converter (70) is situated between the focussing device (13) and the entrance (52) of the light guide or between the exit (54) of the light guide (50) and the illuminating optics (31, 32, 35).

Description

Aperturwandler, Beleuchtungsvorrichtung für ein optisches Beobachtungsgerät und Kopplungsvorrichtung zum Einkoppeln von Licht einer Lichtquelle in das Eintrittsende eines Lichtleiters Aperture converter, lighting device for an optical observation device and coupling device for coupling light from a light source into the entry end of a light guide
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Aperturwandler, eine Beleuchtungsvorrichtung für ein optisches Beobachtungsgerät, insbesondere für ein Operationsmikroskop, welche eine Lichtquelle, eine Beleuchtungsoptik und einen zwischen der Lichtquelle und Beleuchtungsoptik angeordneten Lichtleiter umfasst. Außerdem betrifft die Erfindung eine Kopplungsvorrichtung zum Einkoppeln von Licht einer Lichtquelle in das Eintrittsende eines Lichtleiters.The present invention relates to an aperture converter, an illumination device for an optical observation device, in particular for an operating microscope, which comprises a light source, an illumination optics and a light guide arranged between the light source and illumination optics. The invention also relates to a coupling device for coupling light from a light source into the entry end of a light guide.
Die zur Zeit gebräuchlichen Beleuchtungssysteme für optische Beobachtungsgeräte, beispielsweise Operationsmikroskope in der Ophthalmo- chirurgie (Augenchirurgie), umfassen üblicherweise Halogenlampen als Lichtquellen und einen faseroptischen Lichtleiter zum Übertragen des Lichtes zur Beleuchtungsoptik des Operationsmikroskops. Ein derartiges Beleuchtungssystem ist beispielsweise in DE 31 47 998 A1 beschrieben. Die Lichtquelle dient als primäre Lichtquelle, deren Licht mittels des Lichtleiters zur Beleuchtungsoptik geleitet wird. Das Austrittsende des Lichtleiters dient dann als sekundäre Lichtquelle, welche durch die Beleuchtungsoptik des Operationsmikroskops entsprechend den jeweiligen Anforderungen in das Objektfeld des Mikroskops abgebildet wird, um das Objekt zu beleuchten. Ein Vorteil derartiger Beleuchtungssysteme ist die thermische Abkopplung der primären Lichtquelle, welche eine Wärmequelle darstellt, vom optischen Beobachtungsgerät aufgrund der räumlichen Entfernung der primären Lichtquelle vom optischen Beobachtungsgerät.The lighting systems currently used for optical observation devices, for example surgical microscopes in ophthalmosurgery (eye surgery), usually include halogen lamps as light sources and a fiber-optic light guide for transmitting the light to the illumination optics of the surgical microscope. Such a lighting system is described for example in DE 31 47 998 A1. The light source serves as the primary light source, the light of which is guided to the illumination optics by means of the light guide. The exit end of the light guide then serves as a secondary light source, which is imaged by the illumination optics of the surgical microscope in accordance with the respective requirements in the object field of the microscope in order to illuminate the object. An advantage of such lighting systems is the thermal decoupling of the primary light source, which is a heat source, from the optical one Observation device due to the spatial distance of the primary light source from the optical observation device.
Die Beleuchtungsoptik der Beleuchtungsvorrichtung eines optischen Beobachtungsgerätes ist in der Regel auf die Abstrahlcharakteristik des faseroptischen Lichtleiters abgestimmt. Von besonderer Bedeutung für die Abstrahlcharakteristik ist die numerische Apertur des Lichtleiters an dessen Austrittsende, im folgenden Austrittsapertur genannt. Die Austrittsapertur bestimmt insbesondere den Öffnungswinkel des aus dem Austrittsende des Lichtleiters austretenden Beleuchtungsstrahlenbündels. Mit anderen Worten, die Apertur des Beleuchtungsstrahlenbündels hängt von der Austrittsapertur des Lichtleiters ab. Die Apertur des Beleuchtungsstrahlenbündels ist dabei als der Sinus des halben Öffnungswinkels des Beleuchtungsstrahlenbündels definiert. Der halbe Öffnungswinkel wird auch Aperturwinkel genanntThe lighting optics of the lighting device of an optical observation device are generally matched to the emission characteristics of the fiber optic light guide. The numerical aperture of the light guide at its exit end, hereinafter referred to as exit aperture, is of particular importance for the radiation characteristic. The exit aperture determines in particular the opening angle of the illuminating beam emerging from the exit end of the light guide. In other words, the aperture of the illuminating beam depends on the exit aperture of the light guide. The aperture of the illuminating beam is defined as the sine of half the opening angle of the illuminating beam. Half the opening angle is also called the aperture angle
Die Austrittsapertur des Lichtleiters wird zum einen von den Kenngrößen des Lichtleiters selbst und zum anderen von der Art der Einkopplung des Lichtes in das Eintrittsende des Lichtleiters bestimmt. Beispielsweise ist die numerische Apertur am Austrittsende eins geraden zylindrischen Lichtleiters gleich der numerischen Apertur am seinem Eintrittsende.The exit aperture of the light guide is determined on the one hand by the parameters of the light guide itself and on the other hand by the type of coupling of the light into the entry end of the light guide. For example, the numerical aperture at the exit end of a straight cylindrical light guide is equal to the numerical aperture at its entry end.
Die Einkopplung des Lichtes in das Eintrittsende des Lichtleiters ist üblicherweise derart optimiert, dass die numerische Apertur des Eintrittsendes des Lichtleiters nahezu vollständig ausgenutzt wird. Der Öffnungswinkel des in das Eintrittsende des Lichtleiters eingekoppelten Strahlenbündels wird dabei so gewählt, dass seine Apertur im Wesentlichen der numerischen Apertur des Eintrittsendes des Lichtleiters entspricht. Falls die Apertur des einfallenden Strahlenbündels größer als die numerische Apertur des Eintrittsendes des Lichtleiters ist, so wird ein Teil des Strahlenbündels nicht mehr im Lichtleiter total reflektiert und tritt infolgedessen durch die Ummantelung aus dem Lichtleiter aus. Dies hat unerwünschte Intensitätsverluste zur Folge. Ein zu geringer Öffnungswinkel des in das Eintrittsende eingekoppelten Strahlenbündels führt dagegen am Austrittsende des faseroptischen Lichtleiters zu einer Apertur des Beleuchtungsstrahlenbündels, die kleiner als die maximal mögliche Apertur ist. Auf die maximal mögliche Apertur ist jedoch in der Regel die Beleuchtungsoptik abgestimmt ist.The coupling of the light into the entry end of the light guide is usually optimized in such a way that the numerical aperture of the entry end of the light guide is used almost completely. The opening angle of the beam of rays coupled into the entry end of the light guide is selected such that its aperture essentially corresponds to the numerical aperture of the entry end of the light guide. If the aperture of the incident beam is larger than the numerical aperture of the entry end of the light guide, part of the beam is no longer totally reflected in the light guide and consequently emerges from the light guide through the cladding. This results in undesired loss of intensity. A too small opening angle of the beam bundle coupled into the entry end, on the other hand, leads to an aperture in the exit end of the fiber optic light guide Illumination beam bundle that is smaller than the maximum possible aperture. However, the lighting optics are generally matched to the maximum possible aperture.
Häufig finden in den beschriebenen Beleuchtungsvorrichtungen Halogenlampen Anwendung. Wird nun aber anstelle einer Halogenlampe bspw. eine Hochdruckentladungslampe mit ähnlicher Lichtleistung wie die Halogenlampe, etwa eine Xenonlampe vom Typ XBO, verwendet, so wird die numerische Apertur des Eintrittsendes des Lichtleiters in der Regel nur teilweise ausgenutzt. Ursache hierfür ist die im Vergleich zur Halogenlampe typischerweise kleinere Abstrahlfläche der Hochdruckentladungslampe. Wenn das Licht der Hochdruckentladungslampe daher mit derselben Kopplungsvorrichtung wie das Licht der Halogenlampe in das Eintrittsende des Lichtleiters eingekoppelt wird, weist das eingekoppelte Strahlenbündel eine geringere Apertur als das Strahlenbündel der Halogenlampe auf. Wie bereits weiter oben erwähnt, führt dies am Austrittsende des faseroptischen Lichtleiters zu einer Änderung der Apertur des Beleuchtungsstrahlenbündels, so dass die Apertur des Beleuchtungsstrahlenbündels und die Beleuchtungsoptik nicht mehr optimal aneinander angepasst sind.Halogen lamps are frequently used in the lighting devices described. However, if instead of a halogen lamp, for example, a high-pressure discharge lamp with a light output similar to that of the halogen lamp, such as a xenon lamp of the XBO type, is used, the numerical aperture of the entry end of the light guide is generally only partially used. The reason for this is the typically smaller radiation area of the high-pressure discharge lamp compared to the halogen lamp. If the light of the high-pressure discharge lamp is therefore coupled into the entry end of the light guide with the same coupling device as the light of the halogen lamp, the coupled-in beam has a smaller aperture than the beam of the halogen lamp. As already mentioned above, this leads to a change in the aperture of the illuminating beam at the exit end of the fiber-optic light guide, so that the aperture of the illuminating beam and the illuminating optics are no longer optimally matched to one another.
Es besteht nun die Möglichkeit, die Beleuchtungsoptik des optischen Beobachtungsgerätes an die aufgrund eines Wechsels der Primärlichtquelle veränderte Abstrahlcharakteristik des Lichtleiters anzupassen. Dies bedeutet jedoch, dass für verschiedene Lichtquellen auch unterschiedliche Beleuchtungsoptiken zur Verfügung gestellt werden müssen. Alternativ besteht die Möglichkeit, die zum Einkoppeln des von der primären Strahlungsquelle ausgehenden Lichtes in den Lichtleiter verwendeten optischen Elemente, beispielsweise Reflektoren und/oder Linsen, an die neue Lichtquelle anzupassen, so dass die Einkopplung wieder derart erfolgt, dass am Austrittsende des faseroptischen Lichtleiters die optimal angepasste Abstrahlcharakteristik vorliegt. Dies bedeutet jedoch, dass für verschiedene Lichtquellen unterschiedliche Reflektoren und/oder Linsen Verwendung finden müssen. Beide Möglichkeiten sind daher aufwendig und insbesondere in einer einzigen Beleuchtungsvorrichtung nur schwer zu realisieren. Aus der WO 00/67057 ist bekannt, das Einkoppeln von Licht einer Lichtquelle in einen Lichtleiter mittels eines vor dem Eintrittsende des Lichtleiters angeordneten Aperturwandlers zur optimieren. Als mögliche Aperturwandler sind kegelförmige Lichtleiter, parabolförmige Hohlröhren mit verspiegelter Innenseite und Zerstreuungslinsen genannt. Ähnliche Elemente sich auch in US 5,680,257 beschrieben. Diese vor dem Eintrittsende des faseroptischen Lichtleiterbündels zusätzlich in den Strahlengang einzubringenden Aperturwandler führen jedoch zu einer Vergrößerung der Abmessungen der Beleuchtungsvorrichtung. Sie sind daher insbesondere für den nachträglichen Einbau ungeeignet, da sie sich aufgrund ihrer Baulänge nicht oder nur unter großen Schwierigkeiten in bestehende Beleuchtungsvorrichtungen integrieren lassen.It is now possible to adapt the illumination optics of the optical observation device to the radiation characteristics of the light guide that have changed due to a change in the primary light source. However, this means that different lighting optics must also be provided for different light sources. Alternatively, there is the possibility of adapting the optical elements, for example reflectors and / or lenses, used to couple the light emanating from the primary radiation source into the light guide, so that the coupling again takes place in such a way that at the exit end of the fiber optic light guide the there is an optimally adapted radiation pattern. However, this means that different reflectors and / or lenses have to be used for different light sources. Both options are therefore complex and particularly difficult to implement in a single lighting device. It is known from WO 00/67057 to optimize the coupling of light from a light source into a light guide by means of an aperture transducer arranged in front of the entry end of the light guide. Cone-shaped light guides, parabolic hollow tubes with a mirrored inside and diverging lenses are mentioned as possible aperture converters. Similar elements are also described in US Pat. No. 5,680,257. However, these aperture converters, which additionally have to be introduced into the beam path before the entry end of the fiber optic light guide bundle, lead to an increase in the dimensions of the illumination device. They are therefore particularly unsuitable for retrofitting, because their length means that they cannot be integrated into existing lighting devices, or only with great difficulty.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen alternativen Aperturwandler zu schaffen.The object of the present invention is therefore to create an alternative aperture converter.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Beleuchtungsvorrichtung für ein optisches Beobachtungsgerät, insbesondere für ein Operationsmikroskop, zu schaffen, welche sich insbesondere mit einfachen Mitteln an verschiedene Lichtquellen anpassen lässt.Another object of the invention is to provide an illumination device for an optical observation device, in particular for an operating microscope, which can be adapted to different light sources in particular by simple means.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein optisches Beobachtungsgerät mit einer verbesserten Beleuchtungsvorrichtung zur Verfügung zu stellen.It is another object of the present invention to provide an optical observation device with an improved lighting device.
Außerdem ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Kopplungsvorrichtung zum Einkoppeln von Licht einer Lichtquelle in das Eintrittsende eines Lichtleiters mit einer bestimmten numerischen Apertur zu schaffen.It is also an object of the present invention to provide an improved coupling device for coupling light from a light source into the entry end of a light guide with a certain numerical aperture.
Die erste Aufgabe wird durch einen Aperturwandler nach Anspruch 1 gelöst, die zweite Aufgabe durch eine Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 4 bzw. eine Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 7, die die dritte Aufgabe durch ein optisches Beobachtungsgerät nach Anspruch 8 und die vierte Aufgabe durch eine Kopplungsvorrichtung zum Einkoppeln von Licht einer Lichtquelle in das Eintrittsende eines Lichtleiters nach Anspruch 10. Die abhängigen Ansprüche enthalten vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.The first task is solved by an aperture transducer according to claim 1, the second task by a lighting device according to claim 4 or a lighting device according to claim 7, the third task by an optical observation device according to claim 8 and the fourth object by a coupling device for coupling light from a light source into the entry end of a light guide according to claim 10. The dependent claims contain advantageous developments of the invention.
Ein erfindungsgemäßer Aperturwandler ist derart ausgestaltet, dass er Lichtstrahlen eines durch ihn hindurchtretenden Strahlenbündels statistisch um Winkel eines definieren Winkelbereiches aus ihrer ursprünglichen Richtung ablenkt. Insbesondere kann der Aperturwandler derart ausgebildet sein, dass die Winkel, um die die Ablenkung erfolgt, eine Gaußverteilung bilden. Als der definierte Winkelbereich kann dann bspw. die Halbwertsbreite der Gaußverteilung dienen.An aperture transducer according to the invention is designed in such a way that it statistically deflects light rays of a beam of rays passing through it by angles of a defined angular range from their original direction. In particular, the aperture transducer can be designed such that the angles around which the deflection takes place form a Gaussian distribution. The half-width of the Gaussian distribution can then serve as the defined angular range.
Das streuende optische Element ist ein kostengünstig herzustellender Aperturwandler. Ein Faktor der Kostenreduktion stellt dabei die Tatsache dar, dass lediglich eine diffuse Streuung in einen definierten Raumwinkelbereich erfolgt. Exakt bearbeitete Linsen oder Spiegelflächen sind daher nicht notwendig.The scattering optical element is an aperture converter that can be produced inexpensively. One factor in the cost reduction is the fact that there is only diffuse scattering in a defined solid angle range. Precisely machined lenses or mirror surfaces are therefore not necessary.
Der erfindungsgemäße Aperturwandler kann insbesondere als Streuscheibe, auch Diffusor genannt, realisiert sein. In diesem Fall kann die Baulänge des Aperturwandlers sehr gering gehalten werden. Die Streuscheibe kann daher ohne großen Aufwand auch nachträglich in Strahlengänge bspw. von Beleuchtungsvorrichtungen eingebracht werden, um für eine Aperturanpassung zu sorgen.The aperture transducer according to the invention can in particular be implemented as a diffuser, also called a diffuser. In this case, the overall length of the aperture converter can be kept very small. The diffusing screen can therefore also be retrofitted into beam paths, for example of lighting devices, without great effort, in order to ensure an aperture adjustment.
In einer ersten Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung umfasst diese eine Lichtquelle, eine Beleuchtungsoptik, einen zwischen der Lichtquelle und der Beleuchtungsoptik angeordneten Lichtleiter mit einem zur Lichtquelle gerichteten Eintrittsende und einem zur Beleuchtungsoptik gerichteten Austrittsende, eine Kopplungsvorrichtung zum Erzeugen eines in das Eintrittsende des Lichtleiters einzukoppelnden Strahlenbündels aus dem Licht der Lichtquelle und zum Einkoppeln des Strahlenbündels in den Lichtleiter sowie einen Aperturwandler zum Wandeln der Apertur eines im Strahlengang der Beleuchtungsvorrichtung auftretenden Strahlenbündels. Der Lichtleiter kann dabei bspw. als Flüssigkeitslichtleiter, als einzelne lichtleitende Faser oder als Faserbündel aus einer Mehrzahl von lichtleitenden Fasern ausgebildet sein. Im Falle eines Faserbündels können die lichtleitenden Fasern außerdem geordnet oder ungeordnet zueinander verlaufen. Als Kopplungsvorrichtung kommen insbesondere Hohlspiegel und Linsen in Frage. Die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsvariante der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass der Aperturwandler als erfindungsgemäßer Aperturwandler ausgestaltet ist.In a first embodiment variant of the lighting device according to the invention, it comprises a light source, a lighting optics, a light guide arranged between the light source and the lighting optics with an entry end directed towards the light source and an exit end directed towards the lighting optics, a coupling device for generating a beam of rays to be coupled into the entry end of the light guide the light from the light source and for coupling the beam into the light guide and an aperture converter for converting the aperture of a beam of rays occurring in the beam path of the lighting device. The light guide can be designed, for example, as a liquid light guide, as a single light-guiding fiber or as a fiber bundle composed of a plurality of light-guiding fibers. In the case of a fiber bundle, the light-conducting fibers can also run in an ordered or disordered manner. Concave mirrors and lenses are particularly suitable as the coupling device. The lighting device according to the first embodiment of the invention is characterized in that the aperture transducer is designed as an aperture transducer according to the invention.
Die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung lässt sich insbesondere in einfacher Weise an unterschiedliche Lichtquellen anpassen. Bei einem Wechsel der Lichtquelle muss lediglich das streuende optische Element ausgewechselt werden. Wenn beispielsweise die Beleuchtungsvorrichtung für eine Halogenlampe optimiert ist, aber mit einer Hochdruckentladungslampe betrieben wird, so führt ein geeignet gewählter erfindungsgemäßer Aperturwandler, d.h. ein erfindungsgemäßer Aperturwandler mit geeignetem Streuwinkelbereich, dazu, dass das Beleuchtungsstrahlenbündel das zu beleuchtende Objekt optimal ausleuchten kann, ohne dass die Beleuchtungsoptik oder der Reflektor und/oder die Linse zum Einkoppeln des von der Lichtquelle ausgehenden Lichtes in den Lichtleiter geändert werden müssten. Wenn nun eine andere Art von Lampe Verwendung finden soll, so braucht lediglich der erfindungsgemäße Aperturwandler ausgewechselt - oder falls eine Rückkehr zur Halogenlampe erfolgt - entfernt zu werden, um die optimale Ausleuchtung des zu beleuchtenden Objektes sicherzustellen.The lighting device according to the invention can in particular be easily adapted to different light sources. When changing the light source, only the scattering optical element has to be replaced. If, for example, the lighting device is optimized for a halogen lamp, but is operated with a high-pressure discharge lamp, an appropriately selected aperture converter according to the invention, i.e. an aperture converter according to the invention with a suitable scattering angle range, so that the illuminating beam can optimally illuminate the object to be illuminated without having to change the illuminating optics or the reflector and / or the lens for coupling the light emitted by the light source into the light guide. If a different type of lamp is now to be used, the aperture converter according to the invention only needs to be replaced - or if a return to the halogen lamp takes place - to be removed in order to ensure the optimal illumination of the object to be illuminated.
In einer ersten Ausgestaltung dieser Ausführungsvariante ist der erfindungsgemäße Aperturwandler zwischen der Kopplungsvorrichtung und dem Eintrittsende des Lichtleiters angeordnet und kann als Teil der Kopplungsvorrichtung angesehen werden. Mittels des erfindungsgemäßen Aperturwandlers kann eine Anpassung des Öffnungswinkels des eingekoppelten Strahlenbündels an die numerische Apertur des Eintrittsendes des Lichtleiters stattfinden, bspw. beim oben beschriebenen Wechsel von einer Halogenlampe zu einer Hochdruckentladungslampe. Ohne den erfindungsgemäße Aperturwandler würde ein solcher Wechsel zu einer schlechteren Ausnutzung der numerischen Apertur des Eintrittsendes des Lichtleiters und damit zu einer nicht mehr optimalen Abstrahlcharakteristik am Austrittsende des Lichtleiters führen.In a first embodiment of this embodiment variant, the aperture converter according to the invention is arranged between the coupling device and the entry end of the light guide and can be regarded as part of the coupling device. By means of the aperture transducer according to the invention, the opening angle of the coupled beam can be adapted to the numerical aperture of the entry end of the light guide, for example in the case described above Change from a halogen lamp to a high-pressure discharge lamp. Without the aperture converter according to the invention, such a change would lead to poorer utilization of the numerical aperture of the entry end of the light guide and thus to a radiation characteristic that is no longer optimal at the exit end of the light guide.
In einer alternativen Ausgestaltung der ersten Ausführungsvariante ist der erfindungsgemäße Aperturwandler zwischen dem Austrittsende des Lichtleiters und der Beleuchtungsoptik angeordnet. Mittels des erfindungsgemäßen Aperturwandlers kann dann der Öffnungswinkel des aus dem Austrittsende des Lichtleiters austretenden Strahlenbündels beeinflusst werden. Die bspw. beim Übergang von einer Halogenlampe zu einer Hochdruckentladungslampe nicht mehr optimale Abstrahlcharakteristik des Austrittsendes des Lichtleiters führt zu einem Beleuchtungsstrahlenbündel mit einem Öffnungswinkel, welcher für ein optimales Ausleuchten des zu beleuchtenden Objektes mit der Beleuchtungsoptik zu gering ist. Mittels des erfindungsgemäßen Aperturwandlers kann dieser Öffnungswinkel vergrößert werden, so dass er wieder optimal an die Beleuchtungsoptik angepasst ist.In an alternative embodiment of the first embodiment variant, the aperture converter according to the invention is arranged between the exit end of the light guide and the illumination optics. The aperture angle of the beam emerging from the exit end of the light guide can then be influenced by means of the aperture transducer according to the invention. For example, when the transition from a halogen lamp to a high-pressure discharge lamp is no longer optimal, the radiation characteristic of the exit end of the light guide leads to an illuminating beam with an aperture angle that is too low for optimal illumination of the object to be illuminated with the illumination optics. This aperture angle can be increased by means of the aperture transducer according to the invention, so that it is optimally adapted to the illumination optics again.
In einer zweiten Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung umfasst diese eine Lichtquelle, eine Beleuchtungsoptik, einen zwischen der Lichtquelle und der Beleuchtungsoptik angeordneten Lichtleiter mit einem zur Lichtquelle gerichteten Eintrittsende und einem zur Beleuchtungsoptik gerichteten Austrittsende, eine Kopplungsvorrichtung zum Erzeugen eines in das Eintrittsende des Lichtleiters einzukoppelnden Strahlenbündels aus Licht der Lichtquelle und zum Einkoppeln des Strahlenbündels in das Eintrittsende des Lichtleiters sowie eine Aperturwandler zum Wandeln der Apertur eines im Strahlengang der Beleuchtungsvorrichtung auftretenden Strahlenbündels. Der Lichtleiter und die Kopplungsvorrichtung können dabei die gleiche Ausgestaltung besitzen wie der Lichtleiter und die Kopplungsvorrichtung in der ersten Ausführungsvariante. Gemäß der zweiten Ausführungsvariante zeichnet sich die Beleuchtungsvorrichtung dadurch aus, dass der Aperturwandler zwischen dem Lichtleiter und der Beleuchtungsoptik angeordnet ist. Das Anordnen des Aperturwandlers zwischen dem Austrittsende des Lichtleiters und der Beleuchtungsoptik bietet gegenüber dem Anordnen zwischen dem Eintrittsende und der Kopplungsvorrichtung den Vorteil, dass der Aperturwandler thermisch von der Lichtquelle entkoppelt ist. Als Materialien für den Aperturwandler können daher auch solche Materialien Verwendung finden, die den in der Nähe der Lampe herrschenden Temperaturen nicht ausgesetzt werden können.In a second embodiment variant of the illumination device according to the invention, it comprises a light source, an illumination optics, a light guide arranged between the light source and the illumination optics with an inlet end directed towards the light source and an outlet end directed towards the illumination optics, a coupling device for generating a beam to be coupled into the entry end of the light guide Light from the light source and for coupling the beam into the entry end of the light guide and an aperture converter for converting the aperture of a beam occurring in the beam path of the lighting device. The light guide and the coupling device can have the same configuration as the light guide and the coupling device in the first embodiment. According to the second embodiment variant, the lighting device is characterized in that the aperture transducer is arranged between the light guide and the lighting optics. Arranging the aperture converter between the exit end of the light guide and the illumination optics offers the advantage over arranging between the entry end and the coupling device that the aperture converter is thermally decoupled from the light source. Materials which can not be exposed to the temperatures prevailing in the vicinity of the lamp can therefore also be used as materials for the aperture converter.
Als Aperturwandler kann auch in der zweiten Ausführungsvariante ein erfindungsgemäßer Aperturwandler, bspw. eine Streuscheibe, Verwendung finden. Mit dem Aperturwandler lässt sich die Abstrahlcharakteristik des Austrittsendes des Lichtleiters an die Beleuchtungsoptik anpassen, wie dies weiter oben beschrieben worden ist. Als Aperturwandler können in der zweiten Ausführungsvariante statt dem erfindungsgemäßen Aperturwandler aber auch andere Arten von Aperturwandlern zwischen dem Austrittsende des Lichtleiters und der Beleuchtungsoptik angeordnet werden. Denkbar sind bspw. kegelförmige Lichtleiterelemente, kegel- oder parabolförmige Hülsen mit verspiegelten Innenflächen oder Linsen.In the second embodiment variant, an aperture transducer according to the invention, for example a diffusing screen, can also be used as the aperture transducer. With the aperture converter, the radiation characteristic of the exit end of the light guide can be adapted to the illumination optics, as described above. In the second embodiment variant, however, instead of the aperture converter according to the invention, other types of aperture converters can also be arranged as aperture converters between the exit end of the light guide and the illumination optics. For example, conical light guide elements, conical or parabolic sleeves with mirrored inner surfaces or lenses are conceivable.
Ein erfindungsgemäßes optisches Beobachtungsgerät umfasst eine Beleuchtungseinrichtung nach der ersten oder der zweiten Ausführungsvariante der Erfindung. Das optische Beobachtungsgerät kann insbesondere als Operationsmikroskop, beispielsweise für die Ophthalmochirurgie und die Neurochirurgie, ausgebildet sein.An optical observation device according to the invention comprises an illumination device according to the first or the second embodiment variant of the invention. The optical observation device can in particular be designed as a surgical microscope, for example for ophthalmic surgery and neurosurgery.
Eine erfindungsgemäße Kopplungsvorrichtung zum Einkoppeln von Licht einer Lichtquelle in das Eintrittsende eines Lichtleiters mit einer bestimmten numerischen Apertur umfasst eine Bündelungseinrichtung, bspw. einen Hohlspiegel, eine Linse oder eine Kombination von Spiegeln und/oder Linsen, zum Erzeugen eines auf das Eintrittsende des Lichtleiters gerichteten Strahlenbündels mit einer bestimmten Apertur. Die erfindungsgemäße Kopplungsvorrichtung umfasst außerdem einen zwischen der Bündelungseinrichtung und dem Lichtleiter angeordneten Aperturwandler zum Beeinflussen der Apertur des in den Lichtleiter einzukoppelnden Strahlenbündels. Die erfindungsgemäße Kopplungsvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass der Aperturwandler als erfindungsgemäßer Aperturwandler ausgebildet ist.A coupling device according to the invention for coupling light from a light source into the entry end of a light guide with a specific numerical aperture comprises a focusing device, for example a concave mirror, a lens or a combination of mirrors and / or lenses, for generating a beam directed towards the entry end of the light guide with a certain aperture. The coupling device according to the invention also comprises an aperture transducer arranged between the bundling device and the light guide to influence the aperture of the beam to be coupled into the light guide. The coupling device according to the invention is characterized in that the aperture transducer is designed as an aperture transducer according to the invention.
Der erfindungsgemäße Aperturwandler stellt ein kostengünstiges Mittel zur Aperturwandlung in einer Kopplungsvorrichtung dar. Durch einfaches Austauschen des erfindungsgemäßen Aperturwandlers kann die erfindungsgemäße Kopplungsvorrichtung beim Betrieb mit verschiedenen Lichtquellen, die unterschiedliche Aperturen des einzukoppelnden Lichtstrahles zur Folge haben, kostengünstig an die jeweilige Lichtquelle angepasst werden.The aperture converter according to the invention represents a cost-effective means for aperture conversion in a coupling device. By simply exchanging the aperture converter according to the invention, the coupling device according to the invention can be inexpensively adapted to the respective light source during operation with different light sources, which result in different apertures of the light beam to be coupled in.
Weitere Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren.Further features, properties and advantages of the present invention result from the following description of exemplary embodiments with reference to the attached figures.
Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel für die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung.Fig. 1 shows a first embodiment for the lighting device according to the invention.
Fig. 2 zeigt einen erfindungsgemäßen Aperturwandler.2 shows an aperture converter according to the invention.
Fig. 3 zeigt die Winkelverteilung der Intensität eines parallelen Strahlenbündels nach Durchgang durch den Aperturwandler aus Fig. 2.FIG. 3 shows the angular distribution of the intensity of a parallel beam after passing through the aperture converter from FIG. 2.
Fig. 4 zeigt eine erste Möglichkeit für die Anordnung des erfindungsgemäßen Aperturwandlers aus Fig. 2 im Strahlengang.FIG. 4 shows a first possibility for the arrangement of the aperture transducer according to the invention from FIG. 2 in the beam path.
Fig. 5 zeigt eine zweite Möglichkeit für die Anordnung des erfindungsgemäßen Aperturwandlers aus Fig. 2 im Strahlengang.FIG. 5 shows a second possibility for the arrangement of the aperture transducer according to the invention from FIG. 2 in the beam path.
Fig. 6 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel für die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung. In Figur 1 ist als ein erstes Ausführungsbeispiel für die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung eine Beleuchtungsvorrichtung für ein Operationsmikroskop dargestellt. Die Beleuchtungsvorrichtung umfasst eine in der Regel entfernt vom Operationsmikroskop angeordnete Lichtquelleneinheit 10, eine unmittelbar am Operationsmikroskop angeordnete Beleuchtungsoptikeinheit 30 und einen Lichtleiter 50 zum Leiten des Lichts der Lichtquelleneinheit 10 zur Beleuchtungsoptikeinheit 30. Ein Ende 52 des Lichtleiters 50 befindet sich in der Lichtquelleneinheit 10 und dient als Eintrittsende für das von der Lichtquelleneinheit 10 erzeugte Licht. Das andere Ende 54 des Lichtleiters 50 ist in der Beleuchtungsoptikeinheit 30 angeordnet und dient als Austrittsende für das vom Lichtleiter 50 übertragene Licht. Das Austrittsende 54 bildet die sekundäre Lichtquelle der Beleuchtungsvorrichtung.6 shows a second exemplary embodiment of the lighting device according to the invention. FIG. 1 shows a lighting device for a surgical microscope as a first exemplary embodiment of the lighting device according to the invention. The illumination device comprises a light source unit 10, which is generally arranged at a distance from the surgical microscope, an illumination optical unit 30 arranged directly on the surgical microscope, and a light guide 50 for guiding the light from the light source unit 10 to the illumination optics unit 30. One end 52 of the light guide 50 is located in the light source unit 10 and serves as the entry end for the light generated by the light source unit 10. The other end 54 of the light guide 50 is arranged in the illumination optical unit 30 and serves as an exit end for the light transmitted by the light guide 50. The exit end 54 forms the secondary light source of the lighting device.
Die Lichtquelle 11 der Beleuchtungsvorrichtung befindet sich in der von der Beleuchtungsoptikeinheit 30 entfernt angeordneten Lichtquelleneinheit 10, um ein übermäßiges Aufheizen empfindlicher Teile des Operationsmikroskops zu vermeiden. Neben der Lichtquelle 11 , die im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Hochdruckentladungslampe ausgeführt ist, umfasst die Lichtquelleneinheit 10 eine als Reflektor 13 ausgebildete Koppelungseinheit, die von der Hochdruckentladungslampe 11 ausgehendes Licht als konvergentes Strahlenbündel 14 in Richtung auf das Eintrittsende 52 des Lichtleiters 50 reflektiert, um es in den Lichtleiter 50 einzukoppeln. Um ein Übertragen von Infrarotstrahlung durch den Lichtleiter zu vermeiden, umfasst die Lichtquelleneinheit 10 außerdem einen Infrarotfilter 15, welcher zwischen dem Reflektor 13 und dem Eintrittsende 52 des Lichtleiters 50 angeordnet ist. Zudem kann zwischen dem Reflektor 13 und dem Eintrittsende 52 des Lichtleiters 50 noch ein Abschwächer 17 vorhanden sein, welcher eine evtl. zu hohe Intensität des Strahlenbündels 14 abschwächt.The light source 11 of the illumination device is located in the light source unit 10 which is arranged remote from the illumination optics unit 30, in order to avoid excessive heating of sensitive parts of the surgical microscope. In addition to the light source 11, which in the present exemplary embodiment is designed as a high-pressure discharge lamp, the light source unit 10 comprises a coupling unit designed as a reflector 13, which reflects light emanating from the high-pressure discharge lamp 11 as a convergent beam 14 in the direction of the entry end 52 of the light guide 50, in order to to couple the light guide 50. In order to avoid transmitting infrared radiation through the light guide, the light source unit 10 also comprises an infrared filter 15, which is arranged between the reflector 13 and the entry end 52 of the light guide 50. In addition, an attenuator 17 can be present between the reflector 13 and the entry end 52 of the light guide 50, which attenuates a possibly too high intensity of the beam 14.
Vom Lichtleiter 50 wird das in das Eintrittsende 52 eingekoppelte Strahlenbündel zur Beleuchtungsoptikeinheit 30 geleitet, wo es als divergentes Strahlenbündel 34 aus dem Austrittsende 54 des Lichtleiters 50 austritt. Die Beleuchtungsoptikeinheit 30 umfasst eine erste Beleuchtungsoptiklinse 31, welche auch als Linsengruppe ausgebildet sein kann. Außerdem umfasst sie eine zweite Beleuchtungsoptiklinse 35, die durch die Hauptobjektivlinse 35 des Operationsmikroskops gebildet ist. Obwohl die Hauptobjektivlinse 35 in Figur 1 als Einzellinse dargestellt ist, kann sie insbesondere auch als Linsengruppe ausgebildet sein. Die Beleuchtungsoptikeinheit 30 umfasst weiterhin eine teildurchlässige reflektierende Fläche in Form eines teildurchlässigen Spiegels 32, mit welchem das Beleuchtungsstrahlenbündel 33 in Richtung auf die Hauptobjektivlinse 35 abgelenkt wird. Durch die Hauptobjektivlinse 35 hindurch gelangt das Beleuchtungsstrahlenbündel 33 zum zu beleuchtenden Beobachtungsobjekt 37. Das vom beleuchteten Beobachtungsobjekt 37 reflektierte Licht kann dann durch die Hauptobjektivlinse 35 und den teildurchlässigen Spiegel 32 in den Beobachtungsstrahlengang (nicht dargestellt) des Mikroskops gelangen.The light beam coupled into the entry end 52 is guided from the light guide 50 to the illumination optics unit 30, where it emerges as a divergent beam 34 from the exit end 54 of the light guide 50. The illumination optics unit 30 comprises a first illumination optics lens 31, which can also be designed as a lens group. It also includes a second illumination optical lens 35, which is formed by the main objective lens 35 of the surgical microscope. Although the main objective lens 35 is shown as an individual lens in FIG. 1, it can in particular also be designed as a lens group. The illumination optics unit 30 further comprises a partially transparent reflecting surface in the form of a partially transparent mirror 32, with which the illuminating beam 33 is deflected in the direction of the main objective lens 35. The illuminating beam 33 passes through the main objective lens 35 to the observation object 37 to be illuminated. The light reflected by the illuminated observation object 37 can then pass through the main objective lens 35 and the partially transparent mirror 32 into the observation beam path (not shown) of the microscope.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel dient ein im Beobachtungsstrahlengang angeordneter teildurchlässiger Spiegel 32 zum Ablenken des Beleuchtungsstrahlenbündels 33 in Richtung auf die Hauptobjektivlinse 35, welche die zweite Beleuchtungsoptiklinse darstellt. In einer Abwandlung des Ausführungsbeispiels kann zum Ablenken des Beleuchtungsstrahlenbündels 33 in Richtung auf die zweite Beleuchtungsoptiklinse 35 auch mindestens eine reflektierende Fläche Verwendung finden, die nicht im Beobachtungsstrahlengang angeordnet ist. Bspw. kann in einem Stereomikroskop mit einer gemeinsamen „großen" Hauptobjektivlinse für die beiden Teilstrahlengänge des Beobachtungsstrahlenganges die reflektierende Fläche zum Ablenken des Beleuchtungsstrahlenbündels 33 in Richtung auf die Hauptobjektivlinse zwischen den beiden Teilstrahlengängen des Stereomikroskops angeordnet sein. Die spiegelnde Fläche beeinträchtigt dann nicht den Beobachtungsstrahlengang. Außerdem kann die gesamte Beleuchtungsintensität in Richtung auf das Hauptobjektiv abgelenkt werden. Falls kein gemeinsames Hauptobjektiv für die Teilstrahlengänge des Beobachtungsstrahlenganges vorhanden ist oder dieses nicht für die Beleuchtung verwendet werden soll, kann die zweite Beleuchtungsoptiklinse auch als eigenständige Linse oder Linsenkombination ausgebildet sein.In the present exemplary embodiment, a partially transparent mirror 32 arranged in the observation beam path serves to deflect the illuminating beam 33 in the direction of the main objective lens 35, which represents the second illuminating optical lens. In a modification of the exemplary embodiment, at least one reflecting surface which is not arranged in the observation beam path can also be used to deflect the illuminating beam 33 in the direction of the second illuminating optical lens 35. For example. In a stereomicroscope with a common “large” main objective lens for the two partial beam paths of the observation beam path, the reflecting surface for deflecting the illuminating beam 33 in the direction of the main objective lens can be arranged between the two partial beam paths of the stereomicroscope. The reflecting surface then does not impair the observation beam path the entire illumination intensity is deflected in the direction of the main objective. If there is no common main objective for the partial beam paths of the observation beam path or if this should not be used for the illumination, the second illuminating optical lens can also be designed as an independent lens or lens combination.
Im Ausführungsbeispiel fallen außerdem die optischen Achsen des Beleuchtungsstrahlengangs und des Beobachtungsstrahlenganges zwischen dem Beobachtungsobjekt 37 und dem teildurchlässigen Spiegel 32 zusammen. In einer weiteren Abwandlung des Ausführungsbeispiels ist jedoch auch möglich, dass die optischen Achsen des Beobachtungsstrahlenganges und des Beleuchtungsstrahlenganges um bis zu ca. 10°, insbesondere um 2° bis 6° gegeneinander geneigt sind. In diesem Fall können eine oder mehrere reflektierende Flächen seitliche versetzt zum Beobachtungsstrahlengang angeordnet sein, welche das Beobachtungsstrahlenbündel in Richtung auf die Hauptobjektivlinse ablenken. Wie in der ersten Abwandlung beeinträchtigen die reflektierenden Flächen dann nicht den Beobachtungsstrahlengang, und es kann außerdem die gesamte Beleuchtungsintensität in Richtung auf das Hauptobjektiv abgelenkt werden. Auch in dieser Abwandlung können statt dem Hauptobjektiv ein oder mehrerer eigenständige Linsen oder Linsenkombinationen als zweite Be- leuchtungsoptiklinse(n) Verwendung finden.In the exemplary embodiment, the optical axes of the illumination beam path and the observation beam path also coincide between the observation object 37 and the partially transparent mirror 32. In a further modification of the exemplary embodiment, however, it is also possible for the optical axes of the observation beam path and of the illumination beam path to be inclined relative to one another by up to approximately 10 °, in particular by 2 ° to 6 °. In this case, one or more reflecting surfaces can be arranged laterally offset to the observation beam path, which deflect the observation beam in the direction of the main objective lens. As in the first modification, the reflecting surfaces then do not interfere with the observation beam path, and the entire illumination intensity can also be deflected in the direction of the main lens. In this modification, too, one or more independent lenses or lens combinations can be used as the second illumination optical lens (s) instead of the main objective.
Die reflektierende Fläche kann im Ausführungsbeispiel und seinen Abwandlungen satt als Spiegelfläche bspw. auch als Prismenfläche ausgebildet sein.In the exemplary embodiment and its modifications, the reflecting surface can be designed as a mirror surface, for example also as a prism surface.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind der Reflektor 13, der Lichtleiter 50 und die optischen Elemente 31 , 32, 35 der Beleuchtungsoptikeinheit 30 derart aufeinander abgestimmt, dass das Beobachtungsobjekt 37 bei Verwendung einer Halogenlampe als Lichtquelle 11 optimal ausgeleuchtet wird. Dazu ist der Reflektor 13 so ausgestaltet, dass er ein Strahlenbündel 14 mit einer Apertur, die im Wesentlichen der numerischen Apertur des Eintrittsendes 52 des Lichtleiters 50 entspricht, erzeugt. Außerdem sind die optischen Elemente 31 , 32, 35 der Beleuchtungsoptikeinheit 30 sowie die Abstrahlcharakteristik am Austrittsende 54 des Lichtleiters 50 derart aufeinander abgestimmt, dass sie bei der maximal möglichen Apertur des aus dem Austrittsende 54 des Lichtleiters 50 austretenden Beleuchtungsstrahlenbündels 33 das Beobachtungsobjekt 37 optimal ausleuchten.In the present exemplary embodiment, the reflector 13, the light guide 50 and the optical elements 31, 32, 35 of the illumination optical unit 30 are coordinated with one another in such a way that the observation object 37 is optimally illuminated when using a halogen lamp as the light source 11. For this purpose, the reflector 13 is designed such that it generates a beam 14 with an aperture that essentially corresponds to the numerical aperture of the entry end 52 of the light guide 50. In addition, the optical elements 31, 32, 35 of the illumination optical unit 30 and the radiation characteristic at the outlet end 54 of the light guide 50 are matched to one another in such a way that they have the maximum possible aperture illuminate the observation object 37 optimally at the exit end 54 of the light guide 50.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel findet jedoch eine Hochdruckentladungslampe statt einer Halogenlampe Verwendung. Da eine Hochdruckentladungslampe in der Regel aber eine geringere Abstrahlfläche als eine Halogenlampe gleicher Leistung aufweist, ist der Reflektor 13 nicht mehr optimal auf den verwendete Lichtleiter 50 abgestimmt. Infolgedessen ist der Öffnungswinkel des auf das Eintrittsende 52 des Lichtleiters 50 reflektierten konvergenten Strahlenbündels 14 geringer als bei Verwendung der Halogenlampe, so dass die numerische Apertur des Eintrittsendes 52 des Lichtleiters 50 nicht mehr optimal ausgenutzt wird. Entsprechend ist die Apertur des durch den Lichtleiter 50 übertragenen und aus dem Austrittsende 54 des Lichtleiters 50 austretenden Strahlenbündels kleiner als bei Verwendung der Halogenlampe, so dass die Abstrahlcharakteristik des Austrittsendes 54 - insbesondere der Öffnungswinkel des aus dem Austrittsende 54 austretenden divergenten Beleuchtungsstrahlenbündels 33 - und die optischen Elemente 31 , 32, 35 der Beleuchtungsoptikeinheit 30 nicht mehr optimal aneinander angepasst sind.In the present exemplary embodiment, however, a high-pressure discharge lamp is used instead of a halogen lamp. However, since a high-pressure discharge lamp generally has a smaller radiation area than a halogen lamp of the same power, the reflector 13 is no longer optimally matched to the light guide 50 used. As a result, the opening angle of the convergent beam 14 reflected on the entry end 52 of the light guide 50 is smaller than when using the halogen lamp, so that the numerical aperture of the entry end 52 of the light guide 50 is no longer optimally used. Accordingly, the aperture of the beam transmitted through the light guide 50 and emerging from the exit end 54 of the light guide 50 is smaller than when the halogen lamp is used, so that the radiation characteristic of the exit end 54 - in particular the opening angle of the divergent illumination beam 33 emerging from the exit end 54 - and that optical elements 31, 32, 35 of the illumination optical unit 30 are no longer optimally matched to one another.
Um dennoch für eine optimale Ausleuchtung des Beobachtungsobjektes 37 zu sorgen, ist in der Beleuchtungsoptikeinheit 30 unmittelbar hinter dem Austrittsende 54 des Lichtleiters 50 als erfindungsgemäßer Aperturwandler eine Streuscheibe 70 angeordnet, welche den Öffnungswinkel des Beleuchtungsstrahlenbündels 33 so weit vergrößert, dass der Öffnungswinkel und die optischen Elemente 31 , 32, 35 der Beleuchtungsoptikeinheit 30 wieder optimal aneinander angepasst sind.In order to nevertheless ensure optimal illumination of the observation object 37, a diffusing screen 70 is arranged in the illumination optics unit 30 immediately behind the outlet end 54 of the light guide 50 as an aperture transducer according to the invention, which increases the opening angle of the illuminating beam 33 to such an extent that the opening angle and the optical elements 31, 32, 35 of the illumination optical unit 30 are optimally adapted to one another again.
Die Struktur und die Funktion des erfindungsgemäßen Aperturwandlers werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren 2 und 3 beispielhaft anhand einer Streuscheibe 70 erläutert. Die Streuscheibe 70 weist eine plane Fläche 72 und eine der planen Fläche 72 gegenüberliegende Fläche 74 mit einer unregelmäßigen Oberflächenstruktur auf. Ein durch die plane Fläche 72 in die Streuscheibe 70 einfallender Lichtstrahl wird beim Austreten aus der Streuscheibe 70 durch die Seite 74 mit unregelmäßiger Oberflächenstruktur statistisch aus seiner ursprünglichen Richtung abgelenkt. Die Ablenkwinkel θ liegen dabei statistisch verteilt im Wesentlichen in einem Winkelbereich von -θFWhM bis +θFWh , wobei die Verteilung von der Struktur der unregelmäßigen Oberfläche der Seite 74 der Streuscheibe 70 abhängt.The structure and the function of the aperture transducer according to the invention are explained below with reference to FIGS. 2 and 3 using a diffusing screen 70 as an example. The diffusing screen 70 has a flat surface 72 and a surface 74 opposite the flat surface 72 with an irregular surface structure. A beam of light falling through the flat surface 72 into the diffusing screen 70 is emitted statistically deflected from the lens 70 through the side 74 with an irregular surface structure from its original direction. The deflection angles θ are statistically distributed essentially in an angular range from -θFWhM to + θFWh, the distribution depending on the structure of the irregular surface of the side 74 of the lens 70.
Die statistische Verteilung der Ablenkwinkel θ ist in Figur 3 dargestellt. Die Figur zeigt die für ein senkrecht auf die plane Fläche 72 der Streuscheibe 70 einfallendes Strahlenbündel 75 (Fig. 2) nach dem Durchgang durch die Streuscheibe 70 gemessene Intensität I in Abhängigkeit vom Ablenkwinkel θ. Die Intensität I ist dabei auf die Intensität lo, die nach dem Durchgang in der ursprünglichen Richtung des einfallenden Strahlenbündels 75 gemessen wird, bezogen. Aus der Intensitätsverteilung ergibt sich die Verteilung der Ablenkwinkel θ, mit der die Lichtstrahlen des Strahlenbündels 75 beim Durchgang durch die Streuscheibe 70 aus ihrer ursprünglichen Richtung abgelenkt worden sind. Es ist zu erkennen, dass das Intensitätsmaximum in der ursprünglichen Richtung des einfallenden Strahlenbündels 75 liegt. Im Unterschied zum einfallenden Strahlenbündel 75 kann jedoch auch eine nicht unerhebliche Intensität in Richtungen gemessen werden, welche von der ursprünglichen Richtung des einfallenden Strahlenbündels 75 abweichen. Bei einem Ablenkwinkel θ von etwa 5,5° beträgt die Intensität des aus der Streuscheibe 70 austretenden Strahlenbündels noch etwa die Hälfte der in der ursprünglichen Richtung des Strahlenbündels 75 gemessenen Intensität l0. Die in Figur 3 dargestellte Intensitätsverteilung stellt im Wesentlichen eine Gaußverteilung mit einer Halbwertsbreite (FWhM, Füll Width of half Maximum) von ca. 5,5° dar. Je größer die Halbwertsbreite dieser Gauskurve ist, desto divergenter ist ein auf die plane Fläche 72 der Streuscheibe auftreffendes Strahlenbündel 75 nach dem Durchgang durch die Streuscheibe 70, mit anderen Worten, desto stärker ausgeprägt ist die Aperturwandlung für das einfallende Strahlenbündel 75. Durch Verändern der Oberflächenstruktur der Fläche 74 kann die Halbwertsbreite θpwhM der Intensitätsverteilung vergrößert oder verringert werden. Ein durch einen erfindungsgemäßen Aperturwandler hindurchtretendes Strahlenbündel besitzt nach dem Durchtritt keine scharf begrenzte Apertur. Für einen bestimmten Aperturwinkel kann nur gesagt werden, wie hoch der Anteil der Ursprünglichen Intensität ist, der in den durch einen „Aperturwinkel" gegebenen Winkelbereich fällt. Wenn als Aperturwinkel bspw. θπΛ/hM bestimmt wird, fallen 68% der ursprünglichen Intensität in den Winkelbereich von -θFWhM bis +θπΛ/hM. Wenn als Aperturwinkel -2θFWhM gewählt wird, so fallen über 95% der ursprünglichen Intensität in den Winkelbereich von -2θFWh.vι bis +2θFwhM. Mit anderen Worten, für jede vorgegebene Prozentzahl lässt sich ein definierter Winkelbereich angeben, der dazu führt, dass ein entsprechender Anteil der ursprünglichen Intensität in diesen Winkelbereich fällt.The statistical distribution of the deflection angle θ is shown in FIG. 3. The figure shows the intensity I measured for a beam 75 (FIG. 2) incident perpendicularly on the flat surface 72 of the diffusing screen 70 after passing through the diffusing screen 70 as a function of the deflection angle θ. The intensity I is related to the intensity lo, which is measured after the passage in the original direction of the incident beam 75. The distribution of the deflection angles θ, with which the light beams of the beam 75 have been deflected from their original direction when passing through the diffusing screen 70, results from the intensity distribution. It can be seen that the intensity maximum lies in the original direction of the incident beam 75. In contrast to the incident beam 75, however, a not inconsiderable intensity can also be measured in directions which deviate from the original direction of the incident beam 75. At a deflection angle θ of approximately 5.5 °, the intensity of the beam emerging from the diffusing screen 70 is still approximately half of the intensity l 0 measured in the original direction of the beam 75. The intensity distribution shown in FIG. 3 essentially represents a Gaussian distribution with a half-width (FWhM, filling width of half maximum) of approximately 5.5 °. The larger the half-width of this Gaussian curve, the more divergent is the flat surface 72 The beam 75 impinging on the diffuser after passing through the diffuser 70, in other words, the more pronounced the aperture conversion for the incident beam 75. By changing the surface structure of the surface 74, the half-width θpwh M of the intensity distribution can be increased or decreased. A beam of rays passing through an aperture transducer according to the invention does not have a sharply defined aperture after it has passed through. For a certain aperture angle, it can only be said how high is the proportion of the original intensity that falls within the angular range given by an "aperture angle". If, for example, θπ Λ / hM is determined as the aperture angle, 68% of the original intensity falls in the Angular range from -θFWhM to + θπΛ / hM. If the aperture angle chosen is -2θFWhM, then over 95% of the original intensity falls within the angular range from -2θ F W h .vι to + 2θFw hM . In other words, for each specified percentage a defined angular range can be specified which leads to a corresponding portion of the original intensity falling within this angular range.
Die konkrete Wahl der Halbwertsbreite θπ/vhM und des definierten Winkelbereiches hängt davon ab, wie viel der Intensität des Strahlenbündels in die Eintrittsfläche 52 des Lichtleiters 50 eingekoppelt werden soll. Wenn die Halbwertsbreite ΘFWh zu groß gewählt ist, ist derjenige Anteil der vor der Aperturwandlung vorhandenen Intensität, der sich nach der Aperturwandlung in die Eintrittsfläche 52 einkoppeln lässt, gering, da die Gaußkurve dann einen hohen Anteil an großen Streuwinkeln θ aufweist, die zu einem Überschreiten der numerische Apertur der Eintrittsfläche 52 führen. Andererseits wird bei zu geringer Halbwertsbreite ΘFWIIM die numerische Apertur nicht optimal ausgenutzt, da nur ein geringer Teil der vor der Aperturwandlung vorhandenen Intensität merklich aus der ursprünglichen Richtung abgelenkt wird. Die Halbwertsbreite OHMIM des Aperturwandlers sollte daher im Hinblick auf den gewünschten Anteil der einzukoppelnden Intensität als auch im Hinblick auf die Apertur des Strahlenbündels vor der Aperturwandlung sowie die numerische Apertur der Eintrittsfläche 52 gewählt werden.The specific choice of the half-value width θπ / v h M and the defined angular range depends on how much of the intensity of the beam is to be coupled into the entry surface 52 of the light guide 50. If the half-value width ΘFW h is chosen too large, the proportion of the intensity present before the aperture conversion that can be coupled into the entrance surface 52 after the aperture conversion is small, since the Gaussian curve then has a large proportion of large scattering angles θ, which at one time Leading exceeding the numerical aperture of the entrance surface 52. On the other hand, if the half-width ΘFWI I M is too small, the numerical aperture is not optimally used, since only a small part of the intensity before the aperture conversion is noticeably deflected from the original direction. The half-value width OHM IM of the aperture transducer should therefore be chosen with regard to the desired proportion of the intensity to be coupled in as well as with regard to the aperture of the beam before the aperture conversion and the numerical aperture of the entrance surface 52.
Zwar wurde die Funktionsweise der Streuscheibe 70 anhand eines einfallenden parallelen Strahlenbündels erläutert, jedoch ändert sich an der Betrachtung qualitativ nichts, wenn das einfallende Strahlenbündel ein divergentes oder konvergentes Strahlenbündel ist. Auch für divergente oder konvergente Strahlenbündel erfolgt beim Durchtritt durch die Streuscheibe 70 eine Vergrößerung der Apertur (siehe Figuren 4 und 5), die auf einer statistisch verteilten Ablenkung der einzelnen Strahlen aus ihrer ursprünglichen Richtung beruht.Although the operation of the diffusing screen 70 was explained on the basis of an incident parallel bundle of rays, there is no change in the quality of the observation if the incident bundle of rays is a divergent or convergent bundle of rays. Also for divergent or convergent bundles of rays as they pass through the diffusing screen 70, the aperture is enlarged (see FIGS. 4 and 5), which is based on a statistically distributed deflection of the individual beams from their original direction.
Dieselbe Wirkung, die mit der Streuscheibe lässt sich auch mit jedem optischen Element erreichen, welches einen durch es hindurchtretenden Lichtstrahl statistisch um einen bestimmten Winkel aus seiner ursprünglichen Richtung ablenkt. Als erfindungsgemäßer Aperturwandler eignet sich daher grundsätzlich jedes optische Element, welches derart ausgestaltet ist, dass es einen einfallenden Lichtstrahl mit einer statistisch verteilten Wahrscheinlichkeit um einen Winkel θ aus seiner ursprünglichen Richtung ablenkt. Der definierte Winkelbereich kann dann, wie oben beschrieben, beispielsweise durch die Halbwertsbreite der Verteilung gegeben sein. Es ist jedoch auch möglich, den Winkelbereich, in den die Streuung erfolgt, anders zu definieren. Beispielsweise braucht die Winkelverteilung keine gaußförmige Verteilung zu sein. Je nach Ausgestaltung der unregelmäßigen Fläche der Streuscheibe kann auch eine andere Verteilung, beispielsweise eine mehr oder weniger rechteckförmige Intensitätsverteilung in Abhängigkeit vom Ablenkwinkel θ vorliegen. Bei einer rechteckförmigen Verteilung könnte der definierte Streuwinkelbereich dann beispielsweise durch den Bereich der konstanten Intensität gegeben sein, wenn die Intensitätsverteilung gegen den Ablenkwinkel θ aus der ursprünglichen Richtung aufgetragen wird.The same effect that can be achieved with the lens can also be achieved with any optical element that statistically deflects a light beam passing through it by a certain angle from its original direction. In principle, any optical element which is designed such that it deflects an incident light beam with a statistically distributed probability by an angle θ from its original direction is suitable as the aperture converter according to the invention. As described above, the defined angular range can then be given, for example, by the half-value width of the distribution. However, it is also possible to define the angular range in which the scattering takes place differently. For example, the angular distribution need not be a Gaussian distribution. Depending on the configuration of the irregular surface of the diffusing screen, there may also be a different distribution, for example a more or less rectangular intensity distribution depending on the deflection angle θ. In the case of a rectangular distribution, the defined scattering angle range could be given, for example, by the range of constant intensity if the intensity distribution is plotted against the deflection angle θ from the original direction.
Die in Figur 4 dargestellte Streuscheibe weist nur an ihrer Ausgangsseite 74 eine unregelmäßige Oberfläche auf. Die unregelmäßige Oberfläche kann jedoch auch an der Eingangseite angeordnet sein. Außerdem ist es auch möglich, dass sowohl die Eintrittsfläche als auch die Austrittsfläche jeweils eine unregelmäßige Oberfläche aufweisen.The diffusing screen shown in FIG. 4 has an irregular surface only on its exit side 74. However, the irregular surface can also be arranged on the input side. In addition, it is also possible that both the entry surface and the exit surface each have an irregular surface.
Ein zweites Ausführungsbeispiel für die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung ist in Figur 6 dargestellt. Die Beleuchtungsvorrichtung des zweiten Ausführungsbeispiels unterscheidet sich von der des ersten Ausführungsbeispiels lediglich dadurch, dass die Streuscheibe 70 statt zwischen dem Austrittsende 54 des Lichtleiters 50 und der Linse 31 der Beleuchtungsoptikeinheit 30 zwischen dem Abschwächer 17 der Lichtquelleneinheit 10 und dem Eintrittsende 52 des Lichtleiters 50 angeordnet ist. Die Anordnung der Streuscheibe 70 vor dem Eintrittsende 52 des Lichtleiters 50 führt dazu, dass ein vom Reflektor 13 kommendes konvergentes Strahlenbündel, dessen Apertur nicht optimal an die numerische Apertur des Eintrittsendes 52 angepasst ist, an die numerische Apertur angepasst werden kann (vgl. Fig. 4). Am Austrittsende 54 des Lichtleiters 50 tritt das Strahlenbündel dann mit einer Apertur aus, die der für die optischen Elemente 31 , 32, 35 der Beleuchtungsoptikeinheit 30 optimalen Apertur entspricht, so dass eine optimale Ausleuchtung des Beobachtungsobjektes 37 erfolgen kann.A second exemplary embodiment of the lighting device according to the invention is shown in FIG. The lighting device of the second exemplary embodiment differs from that of the first exemplary embodiment only in that the diffusing screen 70 takes place is arranged between the exit end 54 of the light guide 50 and the lens 31 of the illumination optical unit 30 between the attenuator 17 of the light source unit 10 and the entry end 52 of the light guide 50. The arrangement of the diffusing screen 70 in front of the entry end 52 of the light guide 50 means that a convergent beam of rays coming from the reflector 13, the aperture of which is not optimally matched to the numerical aperture of the entry end 52, can be matched to the numerical aperture (see FIG. 4). At the exit end 54 of the light guide 50, the beam then emerges with an aperture that corresponds to the optimal aperture for the optical elements 31, 32, 35 of the illumination optics unit 30, so that the observation object 37 can be optimally illuminated.
Die Beleuchtungseinrichtung des zweiten Ausführungsbeispiels braucht nicht unbedingt als eine Einheit ausgebildet zu sein. Insbesondere kann die Beleuchtungsvorrichtung als selbständige Einheiten einen Lichtleiter, eine Beleuchtungsoptikeinheit, eine Lampe und eine Kopplungsvorrichtung zum Einkoppeln des von der Lampe ausgehenden Lichtes in den Lichtleiter umfassen. Die Kopplungsvorrichtung umfasst dann mindestens eine Bündelungsvorrichtung, beispielsweise mindestens einen Reflektor und/oder mindestens eine Linse, welcher bzw. welche das von der Lichtquelle ausgehende Licht bündelt und in Richtung auf das Eintrittsende des Lichtleiters lenkt, sowie einen erfindungsgemäßen Aperturwandler, bspw. die oben beschriebene Streuscheibe. Durch Einsetzen eines geeigneten erfindungsgemäßen Aperturwandlers, d.h. eines erfindungsgemäßen Aperturwandlers mit einem geeigneten definierten Winkelbereich, kann die Kopplungsvorrichtung an unterschiedliche Lampen und/oder Lichtleitercharakteristiken angepasst werden, ohne dass aufwendig zu produzierende optische Elemente wie etwa Reflektoren oder Linsen ausgetauscht werden müssten.The lighting device of the second exemplary embodiment need not necessarily be designed as a unit. In particular, the lighting device can comprise, as independent units, a light guide, a lighting optical unit, a lamp and a coupling device for coupling the light coming from the lamp into the light guide. The coupling device then comprises at least one focusing device, for example at least one reflector and / or at least one lens, which focuses the light emanating from the light source and directs it towards the entry end of the light guide, and an aperture transducer according to the invention, for example the one described above lens. By inserting a suitable aperture transducer according to the invention, i.e. of an aperture transducer according to the invention with a suitable defined angular range, the coupling device can be adapted to different lamps and / or light guide characteristics without having to replace complex optical elements such as reflectors or lenses.
In den Ausführungsbeispielen wurde gezeigt, dass sich erfindungsgemäß ein statistisch streuendes optisches Element mit einem definierten Streuwinkel- bereich vorteilhaft als Aperturwandler in Beleuchtungsvorrichtungen und Kopplungsvorrichtungen einsetzen lässt.In the exemplary embodiments, it was shown that, according to the invention, a statistically scattering optical element with a defined scattering angle area can be used advantageously as an aperture converter in lighting devices and coupling devices.
Im ersten Ausführungsbeispiel ist als Aperturwandler eine Streuscheibe 70 vorhanden. Statt der Streuscheibe 70 kann im ersten Ausführungsbeispiel jedoch auch ein anderer Aperturwandler Verwendung finden. Denkbar sind beispielsweise Aperturwandler in Form von parabolischen oder kegelförmigen Hülsen mit verspiegelten Innenseiten, Linsen, insbesondere Zerstreuungslinsen, oder kegelförmige Lichtleiter. Der erfindungsgemäße Aperturwandler und insbesondere die Streuscheibe sind jedoch aufgrund der Möglichkeit der geringen Baulänge äußerst vorteilhaft. In the first embodiment, a lens 70 is provided as the aperture converter. Instead of the lens 70, however, another aperture converter can also be used in the first exemplary embodiment. Aperture converters in the form of parabolic or conical sleeves with mirrored inner sides, lenses, in particular diverging lenses, or conical light guides are conceivable, for example. However, the aperture transducer according to the invention and in particular the diffusing screen are extremely advantageous due to the possibility of the small overall length.

Claims

Patentansprüche claims
1. Optisches Beobachtungsgerät mit a. einer Lampe (11), b. einer Beleuchtungsoptik (31 , 32, 35), c. einem zwischen der Lampe (11) und der Beleuchtungsoptik (31 , 32, 35) angeordneten Lichtleiter (50) mit einem zur Lampe (11) gerichteten Eintrittsende (52) und einem zur Beleuchtungsoptik (31 , 32, 35) gerichteten Austrittsende, d. einer Bündelungsvorrichtung (13) zum Erzeugen eines in das Eintrittsende (52) des Lichtleiters (50) einzukoppelnden Strahlenbündels (14) aus Licht der Lampe (11) und zum Einkoppeln des Strahlenbündels (14) in den Lichtleiter (50), und e. einem Aperturwandler (70) zum Wandeln der Apertur eines auftretenden Strahlenbündels (14, 33) welcher derart ausgestaltet ist, dass Lichtstrahlen eines durch ihn hindurchtretenden Strahlenbündels (50) statistisch um Winkel (θ) aus einem definieren Winkelbereich aus ihrer ursprünglichen Richtung ablenkt werden, dadurch gekennzeichnet, f. dass die numerische Apertur des von der Bündelungsvorrichtung (13) erzeugten Strahlenbündels (14) nicht an die numerische Apertur des Lichtleiters (50) angepasst ist g. und dass der Aperturwandler (70) zwischen der Bündelungsvorrichtung (13) und dem Eingang (52) des Lichtleiters oder zwischen dem Ausgang (54) des Lichtleiters (50) und der Beleuchtungsoptik (31 , 32, 35) angeordnet ist.1. Optical observation device with a. a lamp (11), b. lighting optics (31, 32, 35), c. a light guide (50) arranged between the lamp (11) and the illumination optics (31, 32, 35) with an inlet end (52) directed towards the lamp (11) and an outlet end directed towards the illumination optics (31, 32, 35), d. a bundling device (13) for generating a beam (14) to be coupled into the entry end (52) of the light guide (50) from light from the lamp (11) and for coupling the beam (14) into the light guide (50), and e. an aperture transducer (70) for converting the aperture of a beam of rays (14, 33) which occurs in such a way that light beams of a beam of rays (50) passing through it are statistically deflected from their original direction by an angle (θ) from a defined angular range marked, f. that the numerical aperture of the beam (14) generated by the focusing device (13) is not adapted to the numerical aperture of the light guide (50) g. and that the aperture converter (70) is arranged between the bundling device (13) and the input (52) of the light guide or between the output (54) of the light guide (50) and the illumination optics (31, 32, 35).
2. Optisches Beobachtungsgerät nach Annspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Winkel (θ), um die die Ablenkung durch den Aperturwandler (70) erfolgt, eine Gaußverteilung bilden und die Halbwertsbreite der Gaußverteilung den definierten Winkelbereich bildet. 2. Optical observation device according to claim 1, characterized in that the angles (θ) around which the deflection by the aperture transducer (70) takes place form a Gaussian distribution and the half width of the Gaussian distribution forms the defined angular range.
3. Optisches Beobachtungsgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Aperturwandler eine Streuscheibe (70) ist.3. Optical observation device according to claim 1 or 2, characterized in that the aperture transducer is a lens (70).
4. Optisches Beobachtungsgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aperturwandler (70) zwischen der Kopplungsvorrichtung (13) und dem Eintrittsende (52) des Lichtleiters (54) angeordnet ist.4. Optical observation device according to one of the preceding claims, characterized in that the aperture converter (70) is arranged between the coupling device (13) and the inlet end (52) of the light guide (54).
5. Optisches Beobachtungsgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aperturwandler (70) zwischen dem Austrittsende (54) des Lichtleiters (50) und der Beleuchtungsoptik (31 , 32, 35) angeordnet ist.5. Optical observation device according to one of the preceding claims, characterized in that the aperture converter (70) is arranged between the outlet end (54) of the light guide (50) and the illumination optics (31, 32, 35).
6. Optisches Beobachtungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch seine Ausgestaltung als Operationsmikroskop.6. Optical observation device according to one of claims 1 to 5, characterized by its configuration as a surgical microscope.
7. Verfahren zum Anpassen eines optischen Beobachtungsgerätes mit einer Lampe (11), einer Beleuchtungsoptik (31 , 32, 35), einem zwischen der Lampe (11) und der Beleuchtungsoptik (31 , 32, 35) angeordneten Lichtleiter (50), welcher ein zur Lampe (11) gerichtetes Eintrittsende (52) und ein zur Beleuchtungsoptik (31 , 32, 35) gerichtetes Austrittsende umfasst, bei einem Wechsel der Lampe (11), in welchem ein Erzeugen eines in das Eintrittsende (52) des Lichtleiters (50) einzukoppelnden Strahlenbündels (14) aus Licht der Lampe (11), ein Einkoppeln des Strahlenbündels (14) in den Lichtleiter (50) mittels einer Bündelungsvorrichtung (13) sowie ein Auskoppeln des durch den Lichtleiter (50) übertragenen Strahlenbündels (33) erfolgt, dadurch gekennzeichnet, a. dass von der Bündelungsvorrichtung (13) ein Strahlenbündel (14) erzeugt wird, welches eine numerische Apertur besitzt, die nicht an die numerische Apertur des Lichtleiters (50) angepasst ist, und b. dass eine Anpassung der Apertur des in den Lichtleiter (50) eintretenden Strahlenbündels (14) an die numerische Apertur des Lichtleiters (50) oder eine Anpassung der Apertur des aus dem Lichtleiter (50) austretenden Strahlenbündels (14) an die numerische Apertur der Beleuchtungsoptik (31, 32, 35) mittels eines Aperturwandlers (70) erfolgt, welcher derart ausgestaltet ist, dass er Lichtstrahlen eines durch ihn hindurchtretenden Strahlenbündels (50) statistisch um Winkel (θ) aus einem definieren Winkelbereich aus ihrer ursprünglichen Richtung ablenkt.7. A method for adapting an optical observation device with a lamp (11), an illumination optics (31, 32, 35), a light guide (50) arranged between the lamp (11) and the illumination optics (31, 32, 35), which one the inlet end (52) directed towards the lamp (11) and an outlet end directed towards the illumination optics (31, 32, 35), when the lamp (11) is changed, in which a generation of a light guide (50) into the inlet end (52) beam bundle (14) to be coupled in, from the light of the lamp (11), the beam bundle (14) is coupled into the light guide (50) by means of a bundling device (13) and the beam bundle (33) transmitted through the light guide (50) is coupled out marked, a. that the bundling device (13) generates a beam (14) which has a numerical aperture which is not matched to the numerical aperture of the light guide (50), and b. that an adaptation of the aperture of the beam (14) entering the light guide (50) to the numerical aperture of the The light guide (50) or an adaptation of the aperture of the beam (14) emerging from the light guide (50) to the numerical aperture of the illumination optics (31, 32, 35) is carried out by means of an aperture converter (70) which is designed such that it emits light rays of a ray bundle (50) passing through it deflects statistically by an angle (θ) from a defined angular range from its original direction.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Winkel (θ), um die die Ablenkung durch den Aperturwandler (70) erfolgt, eine Gaußverteilung bilden und die Halbwertsbreite der Gaußverteilung den definierten Winkelbereich bildet.8. The method according to claim 7, characterized in that the angle (θ) around which the deflection by the aperture transducer (70) takes place form a Gaussian distribution and the half width of the Gaussian distribution forms the defined angular range.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Aperturwandler eine Streuscheibe (70) Verwendung findet.9. The method according to claim 7 or 8, characterized in that a lens (70) is used as the aperture converter.
10. Aperturwandler gekennzeichnet durch seine Ausgestaltung derart, dass Lichtstrahlen eines durch den Aperturwandler hindurchtretenden Strahlenbündels (50) statistisch um Winkel (θ) aus einem definieren Winkelbereich aus ihrer ursprünglichen Richtung ablenkt werden.10. Aperture transducer characterized by its configuration such that light rays of a beam bundle (50) passing through the aperture transducer are statistically deflected from their original direction by an angle (θ) from a defined angular range.
11. Aperturwandler nach Annspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Winkel (θ), um die die Ablenkung erfolgt, eine Gaußverteilung bilden und die Halbwertsbreite der Gaußverteilung den definierten Winkelbereich bildet.11. Aperture converter according to claim 10, characterized in that the angles (θ) around which the deflection takes place form a Gaussian distribution and the half width of the Gaussian distribution forms the defined angular range.
12. Aperturwandler nach Anspruch 10 oder 11 , gekennzeichnet durch seine Ausgestaltung als Streuscheibe (70).12. Aperture converter according to claim 10 or 11, characterized by its configuration as a diffusing screen (70).
13. Beleuchtungsvorrichtung mit - einer Lichtquelle (11), - einer Beleuchtungsoptik (31 , 32, 35), - einem zwischen der Lichtquelle (11) und der Beleuchtungsoptik (31 , 32, 35) angeordneten Lichtleiter (50) mit einem zur Lichtquelle (11) gerichteten Eintrittsende (52) und einem zur Beleuchtungsoptik (31 , 32, 35) gerichteten Austrittsende, - einer Bündelungsvorrichtung (13) zum Erzeugen eines in das Eintrittsende (52) des Lichtleiters (50) einzukoppelnden Strahlenbündels (14) aus Licht der Lichtquelle (11) und zum Einkoppeln des Strahlenbündels (14) in den Lichtleiter (50), und - mindestens einem Aperturwandler (70) zum Wandeln der Apertur eines im Strahlengang der Beleuchtungsvorrichtung auftretenden Strahlenbündels (14, 33), dadurch gekennzeichnet, dass der der mindestens eine Aperturwandler (70) ein Aperturwandler nach einem der Ansprüche 10 bis 12 ist.13. Illumination device with - a light source (11), - an illumination optics (31, 32, 35), - a light guide (50) arranged between the light source (11) and the illumination optics (31, 32, 35) with a to the light source ( 11) directed entry end (52) and an exit end directed towards the illumination optics (31, 32, 35), - a bundling device (13) for generating a beam (14) to be coupled into the entry end (52) of the light guide (50) from light from the light source (11 ) and for coupling the beam (14) into the light guide (50), and - at least one aperture converter (70) for converting the aperture of a beam (14, 33) occurring in the beam path of the lighting device, characterized in that the at least one aperture converter (70) is an aperture transducer according to one of claims 10 to 12.
14. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Aperturwandler (70) zwischen der Kopplungsvorrichtung (13) und dem Eintrittsende (52) des Lichtleiters (54) angeordnet ist.14. Lighting device according to claim 13, characterized in that the aperture transducer (70) is arranged between the coupling device (13) and the inlet end (52) of the light guide (54).
15. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Aperturwandler (70) zwischen dem Austrittsende (54) des Lichtleiters (50) und der Beleuchtungsoptik (31 , 32, 35) angeordnet ist.15. Illumination device according to claim 13, characterized in that the aperture transducer (70) is arranged between the outlet end (54) of the light guide (50) and the illumination optics (31, 32, 35).
16. Beleuchtungsvorrichtung mit - einer Lichtquelle (11), - einer Beleuchtungsoptik (31 , 32, 35), - einem zwischen der Lichtquelle (11 ) und der Beleuchtungsoptik (31 , 32, 35) angeordneten Lichtleiter (50) mit einem zur Lichtquelle (11) gerichteten Eintrittsende (52) und einem zur Beleuchtungsoptik (31 , 32, 35) gerichteten Austrittsende, - einer Bündelungsvorrichtung (13) zum Erzeugen eines in das Eintrittsende (52) des Lichtleiters (50) einzukoppelnden Strahlenbündels (14) aus Licht der Lichtquelle (11) und zum Einkoppeln des Strahlenbündels (14) in das Eintrittsende (52) des Lichtleiter (50), und - einem Aperturwandler (70) zum Wandeln der Apertur eines im Strahlengang der Beleuchtungsvorrichtung auftretenden Strahlenbündels (33), dadurch gekennzeichnet, dass der Aperturwandler (70) zwischen dem Lichtleiter und der Beleuchtungsoptik (31 , 32, 35) angeordnet ist.16. Illumination device with - a light source (11), - an illumination optics (31, 32, 35), - a light guide (50) arranged between the light source (11) and the illumination optics (31, 32, 35) with a to the light source ( 11) directed entry end (52) and an exit end directed towards the illumination optics (31, 32, 35), - a bundling device (13) for generating a beam (14) to be coupled into the entry end (52) of the light guide (50) from light from the light source (11) and for coupling the beam (14) into the entry end (52) of the light guide (50), and - An aperture converter (70) for converting the aperture of a beam (33) occurring in the beam path of the lighting device, characterized in that the aperture converter (70) is arranged between the light guide and the illumination optics (31, 32, 35).
17. Optisches Beobachtungsgerät mit einer Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 16.17. Optical observation device with an illumination device according to one of claims 13 to 16.
18. Optisches Beobachtungsgerät nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch seine Ausgestaltung als Operationsmikroskop.18. Optical observation device according to claim 17, characterized by its configuration as a surgical microscope.
19. Kopplungsvorrichtung zum Einkoppeln von Licht einer Lichtquelle (11) in das Eintrittsende (52) eines Lichtleiters (50) mit einer bestimmten numerischen Apertur mit - einer Bündelungsvorrichtung (13) zum Erzeugen eines auf das Eintrittsende (52) des Lichtleiters (50) gerichteten Strahlenbündels mit einer bestimmten Apertur, und - einem zwischen der Bündelungseinrichtung (13) und dem Eintrittsende (52) des Lichtleiters (50) angeordneten Aperturwandler (70) zum Beeinflussen der Apertur des in den Lichtleiter (50) einzukoppelnden Strahlenbündels (14), dadurch gekennzeichnet, dass der der mindestens eine Aperturwandler (70) ein Aperturwandler nach einem der Anspruch 10 bis 12 ist. 19. Coupling device for coupling light from a light source (11) into the entry end (52) of a light guide (50) with a specific numerical aperture with - a focusing device (13) for generating a directed towards the entry end (52) of the light guide (50) Beam bundle with a specific aperture, and - an aperture converter (70) arranged between the bundling device (13) and the entry end (52) of the light guide (50) for influencing the aperture of the beam bundle (14) to be coupled into the light guide (50), characterized in that that the at least one aperture transducer (70) is an aperture transducer according to one of claims 10 to 12.
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