DE102018110642A1

DE102018110642A1 - Mikroskopieverfahren zur Abbildung eines Objekts sowie Mikroskop

Info

Publication number: DE102018110642A1
Application number: DE102018110642.4A
Authority: DE
Inventors: Alois Regensburger; Christoph Hauger
Original assignee: Carl Zeiss Meditec AG
Current assignee: Carl Zeiss Meditec AG
Priority date: 2018-05-03
Filing date: 2018-05-03
Publication date: 2019-11-07
Anticipated expiration: 2038-05-04
Also published as: DE102018110642B4

Abstract

Ein Mikroskopieverfahren zur Abbildung eines Objekts (O), umfassend die Schritte Abbilden des Objekts (O) in ein optisches Bild (5L, 5R, 105L, 105R) auf einen Bilddetektor (6L, 6R, 106L, 106R), Erzeugen von elektronischen Bilddaten (7L, 7R, 107L, 107R) aus dem optischen Bild (5L, 5R, 105L, 105R) mittels des Bilddetektors (6L, 6R, 106L, 106R) und Generieren eines elektronischen Bilds (11L, 11R, 111L, 111R) aus den elektronischen Bilddaten (7L, 7R, 107L, 107R), und Anzeigen des elektronischen Bilds (11L, 11R, 111L, 111R) auf einer Anzeigeeinrichtung (10, 110), umfasst auch folgende Schritte: Erfassen einer Blickrichtung eines Benutzers des Mikroskops (M) und Ermitteln eines Ortes (202) im elektronischen Bild (11L, 11R, 111L, 111R), auf den der Benutzer blickt, und Prüfen, ob der Ort (202) in einem zentralen Bereich (206) der Anzeigeeinrichtung (10, 110) liegt und, falls nicht, Modifizieren des Abbildens des Objekts (O) in das optische Bild (5L, 5R, 105L, 105R) und/oder des Generierens des elektronischen Bilds (11L, 11R, 111L, 111R) aus den elektronischen Bilddaten (7L, 7R, 107L, 107R) derart, dass der dem Ort (202) zugeordnete Bildinhalt in den zentralen Bereich (206) der Anzeigeeinrichtung (10, 110) verschoben wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Mikroskopieverfahren zur Abbildung eines Objekts, umfassend die Schritte Abbilden des Objekts in ein optisches Bild auf einen Bilddetektor, Erzeugen von elektronischen Bilddaten aus dem optischen Bild mittels des Bilddetektors und Generieren eines elektronischen Bilds aus den elektronischen Bilddaten, und Anzeigen des elektronischen Bilds auf einer Anzeigeeinrichtung.
Ferner betrifft die Erfindung ein Mikroskop zur Erzeugung eines elektronischen Bilds eines Objekts, umfassend eine Abbildungsoptik, einen Bilddetektor, eine Steuerungseinrichtung und eine Anzeigeeinrichtung, wobei die Abbildungsoptik das Objekt in ein optisches Bild auf den Bilddetektor abbildet, der Bilddetektor aus dem optischen Bild elektronische Bilddaten erzeugt und die Steuerungseinrichtung aus den elektronischen Bilddaten ein elektronisches Bild des Objekts generiert, und die Anzeigeeinrichtung das elektronische Bild des Objekts anzeigt.
Bei Mikroskopen müssen zur Erzeugung eines Bilds des Objekts mehrere Abbildungsparameter angepasst werden, um ein scharfes, kontrastreiches und auflösungsreiches Bild zu erzeugen. Ein Parameter ist der angezeigte Ausschnitt des Objektes, also die Lage des abgebildeten Objektfelds. Üblicherweise richtet der Benutzer das Mikroskop hierzu passend aus. Er verschiebt entweder das Objekt gegenüber dem Mikroskop oder, bei größeren Objekten, verstellt das Mikroskop gegenüber dem Objekt. Letzteres Vorgehen findet sich beispielsweise bei der mikroskopgestützten Chirurgie.
Aus der DE 10262230 A1 ist ein gattungsgemäßes Mikroskopieverfahren und ein gattungsgemäßes, digitales Operationsmikroskop bekannt, bei dem ein Objekt mittels eines Bilddetektors erfasst wird und das elektronische Bild in einer als Okular ausgebildeten Anzeigeeinrichtung angezeigt wird. Es ist eine Koppeleinheit zwischen elektronischen Okular und Kamerakörper vorgesehen. Diese setzt eine Bewegung des (Stereo-)Okulars in eine entsprechende Bewegung des Mikroskopgehäuses mit dem Bildsensor um. Auf diese Weise kann der Beobachter das dargestellte Objektfeld verstellen, indem er das Okular bewegt. Alternativ kann die Objektfeldveränderung durch eine elektronische Verschiebung des Bildes im Okular erfolgen, die ebenfalls durch eine mechanische Bewegung des Okulars ausgelöst wird. Im Konzept der DE 10262230 A1 erfolgt die Wahl des Operationsfeldes also durch die Verstellung des Okulars.
Ausgabe der Erfindung ist es, ein Mikroskop und ein Mikroskopieverfahren bereitzustellen, mittels dem das abgebildete Objektfeld einfacher eingestellt werden kann.
Die Erfindung ist in den unabhängigen Ansprüchen definiert. Die abhängigen Ansprüche betreffen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung.
Beim Mikroskopieverfahren wird ein Objekt auf einen Bilddetektor abgebildet und so ein elektronisches Bild des Objektes anzeigt. Um den Ausschnitt des Objektes zu wählen, ist eine Automatik vorgesehen. Im Mikroskopieverfahren wird eine Blickrichtung eines Benutzers des Mikroskops erfasst und ein Ort im elektronischen Bild ermittelt, auf den der Benutzer blickt. Es ist davon auszugehen, dass dieser Ort einen Interessenbereich bildet, der möglichst gut im Objektausschnitt abgebildet werden soll. Es wird deshalb geprüft, ob der Ort in einem zentralen Bereich der Anzeigeeinrichtung liegt. Falls dies nicht der Fall ist, wird das Abbilden des Objektes in das optische Bild und/oder das Generieren des elektronischen Bildes aus den elektronischen Bilddaten derart modifiziert, dass der dem Ort zugeordnete Bildinhalt in den zentralen Bereich der Anzeigeeinrichtung verschoben wird.
Durch dieses Vorgehen kann ein Benutzer durch eine Blicksteuerung die Lage des abgebildeten Objektfeldes, d. h. die Lage des Ausschnittes des Objektes, welcher ihm angezeigt wird, einstellen. Es ist keine manuelle Tätigkeit nötig, was insbesondere in der mikroskopiegestützten Chirurgie vom großen Vorteil ist. Die Erfindung realisiert somit eine automatische Objektfeldeinstellung durch Blicksteuerung. Dies ist aufgrund der digitalen Bildgebung über den Bildsensor unproblematisch möglich.
Um zu verhindern, dass kurzzeitiges Umherblicken auf der Anzeigeeinrichtung zu einer Verschiebung des Objekts führt, ist es zu bevorzugen, bei Ermitteln des Ortes eine zeitliche Tiefpassfilterung durchzuführen. Es wird beispielsweise überprüft, ob der Blick des Benutzers über einen ausreichenden Zeitraum auf einem Ort ruht oder es wird eine Mittelung mehrerer ermittelter Orte durchgeführt. Im Sinne einer rückkopplungsfreien und schwingungsfreien Einstellung ist es weiter bevorzugt, dass während der Verschiebung der Ort, auf den der Betrachter blickt nicht erfasst oder ausgewertet wird. Weiter ist es in Ausführungsformen bevorzugt, dass nach einer erfolgten Verschiebung eine Totphase eingelegt wird, in der ebenfalls die Blickrichtung des Beobachters nicht erfasst oder ausgewertet wird. In Ausführungsformen kann der Betrachter es wünschen, dass die Objektfeldwahl nicht ständig durchgeführt wird, sondern nur zu bestimmten Zeitspannen oder auf ein bestimmtes Anforderungssignal hin. Für solche Ausführungsformen ist insbesondere bevorzugt, dass eine Eingabevorrichtung, beispielsweise in Form eines Fußschalters etc. vorgesehen ist, welche die Steuerungseinrichtung beziehungsweise das Verfahren dahingehend aktiviert, dass der Ort, auf den der Benutzer blickt, ermittelt wird.
Ein schnelles Verschieben des angezeigten Ausschnittes kann vom Benutzer als unangenehm empfunden werden. Es ist deshalb bevorzugt, dass das Modifizieren so erfolgt, dass beim Verschieben eine vorbestimmte und optional einstellbare Maximalgeschwindigkeit nicht überschritten wird.
Wie bereits erwähnt, kommen zur Ausschnittsverschiebung sowohl der Eingriff in die optische Abbildung als auch der Eingriff in das Generieren des elektronischen Bildes aus den Bilddaten in Frage. Für einen optischen Eingriff ist es bevorzugt, dass eine Abbildungsoptik relativ zum Objekt verschoben wird. Das kann insbesondere beinhalten, dass ein optischer Teil des Mikroskops, also der Abschnitt des Mikroskops vom Objektiv bis zum Bilddetektor verschoben wird, nicht jedoch aber die Anzeigeeinrichtung. Zum Eingriff bei der Erzeugung des elektronischen Bildes ist es möglich, dass die elektronischen Bilddaten nur einen Ausschnitt des optischen Bildes auf dem Bilddetektor widergeben und das zum Modifizieren der Ausschnitt, der aus den Bilddaten im elektronischen Bild angezeigt wird, passend verschoben wird.
Das Zentrum des Interessenbereiches des Beobachters, das sich aus dem Ort ergibt, auf den er blickte (gegebenenfalls über einen gewissen Zeitraum), soll im zentralen Bereich der Anzeigeeinrichtung zu liegen kommen. Bevorzugt stimmt der zentrale Bereich mit dem geometrischen Zentrum der Anzeigeeinrichtung überein und deckt einen vergleichsweise kleinen Teil der Anzeigeeinrichtung ab. Auf diese Weise gelangt der Ort mit einer gewissen Toleranz zuverlässig ins geometrische Zentrum der Anzeigeeinrichtung. Der maximale Flächenanteil, den der zentrale Bereich haben kann, liegt bevorzugt bei maximal 40 %, besonders bevorzugt bei maximal 30 %, insbesondere bevorzugt bei maximal 20 % und ganz besonders bevorzugt bei maximal 10 %.
Der Begriff der Anzeigeeinrichtung umfasst in dem hier zugrunde liegenden Verständnis den Teil einer Anzeige, auf dem das elektronische Bild angezeigt wird. Bei einem Monitor, der das elektronische Bild in einem Fenster anzeigt und neben diesem Fenster beispielsweise Einstellparameter für das Mikroskop etc. darstellt, ist die Anzeigeeinrichtung nur dieses Fenster. Die Anzeigeeinrichtung kann insbesondere als elektronisches (Stereo-)Okular ausgebildet sein. Bei einen solchen ist die Verfolgung der Blickrichtung aufgrund der bekannten Beziehung zwischen elektronischen Display und Auge des Beobachters besonders einfach zu realisieren.
Die hinsichtlich des Verfahrens vorstehend und auch nachfolgend genannten Aspekte gelten gleichermaßen auch für das Mikroskop, das eine Abbildungsoptik, einen Bilddetektor, eine Steuerungseinrichtung und die bereits genannte Anzeigeeinrichtung aufweist. Die Abbildungsoptik bildet das Objekt in ein optisches Bild auf den Bilddetektor ab. Dieser erzeugt aus dem optischen Bild die elektronischen Bilddaten, und die Steuerungseinrichtung generiert aus den elektronischen Bilddaten das elektronische Bild des Objektes, welches die Anzeigeeinrichtung dann anzeigt. Das Mikroskop hat eine Erfassungseinrichtung zum Erfassen einer Blickrichtung eines Benutzers des Mikroskops. Die Steuerungseinrichtung ermittelt aus Signalen der Erfassungseinrichtung einen Ort auf der Anzeigeeinrichtung, auf den der Benutzer blickt und prüft, ob dieser Ort im zentralen Bereich der Anzeigeeinrichtung liegt. Falls dies nicht der Fall ist, verstellt die Steuerungseinrichtung die Abbildungsoptik oder verändert das Generieren des elektronischen Bildes jeweils derart, dass der dem Ort zugeordnete Bildinhalt in dem zentralen Bereich der Anzeigeeinrichtung verschoben wird.
Die Steuerungseinrichtung achtet optional darauf, dass die genannte Maximalgeschwindigkeit nicht überschritten wird.
Das Verändern der optischen Abbildung kann besonders einfach dadurch erfolgen, dass die Abbildungsoptik relativ zum Objekt verschiebbar ist und dass die Steuerungseinrichtung beim Verstellen der Abbildungsoptik diese verschiebt. Insbesondere kann das Mikroskop mit einem Stativ ausgerüstet sein, dass Abbildungsoptik und Bilddetektor gegenüber Objekt und Anzeigeeinrichtung verschieblich hält.
Die Erfassungseinrichtung erfasst die Blickrichtung des Beobachters. Dies ist besonders einfach, wenn dazu eine Kamera verendet, welche die Augen des Beobachters abbildet. Die kann insbesondere an der Anzeigeeinrichtung befestigt sein und/oder die Augenpupille erfassen. Bei letzterem lässt sich die Blickrichtung besonders leicht ableiten.
Das Mikroskopieverfahren kann mit einem Mikroskop, insbesondere einem Stereo-Mikroskop, durchgeführt werden. Vorzugsweise ist das Mikroskop ein Operationsmikroskop, welches ein Objekt vergrößert, vorzugsweise stereoskopisch, dargestellt. Dazu weist das Mikroskop z. B. als Anzeigeeinrichtung zwei voneinander beabstandete Bildschirme oder Displays auf, so dass ein Beobachter das Objekt mittels der Anzeigeeinrichtung stereoskopisch wahrnehmen kann. Bevorzugt ist das Mikroskop ein rein digitales Mikroskop, d. h. das Objekt kann ausschließlich über die Anzeigeeinrichtung und nicht mit einem Okular betrachtet werden. Es ist jedoch aber auch möglich, dass das Mikroskop die Betrachtung des Objekts mit einem Okular oder die Kombination aus Okular- und Anzeigeeinrichtung vorliegt.
Das Objekt ist insbesondere eine Probe oder ein Körper, die/der mittels des Stereo-Mikroskops beobachtet werden sollen, beispielsweise ein Mensch oder ein Körperteil eines Menschen oder eines Tieres.
Der Bilddetektor erzeugt aus dem optischen Bild Bilddaten für ein elektronisches Bild des Objekts. Dazu weist er z. B. eine Vielzahl von Pixeln auf, welche eintreffende Strahlung in elektrische Signale umwandeln. Die eintreffende Strahlung kann beispielsweise Licht im sichtbaren Bereich und/oder Strahlung im ultravioletten Wellenlängenbereich und/oder im infraroten Wellenlängenbereich sein. Der Bilddetektor kann beispielsweise einen CMOS-Sensor oder einen CCD-Sensor umfassen. Die Steuerungseinrichtung kann beispielsweise ein Mikroprozessor, ein Computer mit entsprechend versehenem Computerprogramm oder ein sonstiger elektrischer Schaltkreis sein. Die Steuerungseinrichtung erzeugt aus den Bilddaten das elektronische Bild.
Das Mikroskop weist eine optionale Eingabeeinrichtung auf, mittels welcher die Steuerungseinrichtung bedient werden kann. Insbesondere lässt sich hierüber ein Vergrößerungsmaßstab und/oder eine Mindestauflösung und/oder Bildhelligkeit vorgeben. Die Eingabeeinrichtung kann eine Tastatur oder ein anderes Bedienelement sein und ist mit der Steuerungseinrichtung verbunden. Über sie kann auch die bereits erwähnte Anforderung der Objektfeldeinstellung erfolgen.
Hinsichtlich der im Zusammenhang mit dem Mikroskopieverfahren angestellten Überlegungen, bevorzugte Ausführungsformen und Vorteile gelten für das Mikroskop analog.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in den angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung einsetzbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Nachfolgend wird die Erfindung beispielsweise anhand der beigefügten Zeichnungen, die auch erfindungswesentliche Merkmale offenbaren, noch näher erläutert. Es zeigen:

1 eine Darstellung des prinzipiellen Aufbaus eines Mikroskops gemäß einer ersten Ausführungsform;
2 eine Darstellung des prinzipiellen Aufbaus des Mikroskops gemäß einer zweiten Ausführungsform;
3 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform des Mikroskops;
4 eine schematische Darstellung von Einzelheiten eines Objektivs des Mikroskops der 1 bis 3 und
5 eine schematische Darstellung zur Illustration der Einstellung eines abgebildeten Objektfeldes und
6 eine schematische Darstellung des Mikroskops zur Verstellung der lateralen Lage des abgebildeten Objektfeldes.

1 zeigt schematisch ein Mikroskop M. Das Mikroskop M ist vom Fernrohrtyp und ausgebildet, elektronische Stereo-Bilder und/oder Stereo-Videos eines Objekts O zu erzeugen, wobei zwei Beobachter das Mikroskop M gleichzeitig benutzen können, die nachfolgend als erster Beobachter und zweiter Beobachter bezeichnet werden.
Die dem zweiten Beobachter zugeordneten Elemente oder Merkmale des Mikroskops M sind mit einem Bezugszeichen versehen, das um 100 höher als das Bezugszeichen des entsprechenden Elementes für den ersten Beobachter ist. Die Elemente und Merkmale werden ferner wegen der Stereo-Eigenschaft des Mikroskops M hinsichtlich rechts und links durch ein Suffix „L“ oder „R“ im Bezugszeichen sowie durch das entsprechende Adjektiv „links“ oder „rechts“ unterschieden. Dies ist, wie oben ausgeführt, keine Vorgabe für die Beobachter.
Das Mikroskop M bildet das Objekt O durch Kanäle ab, die jeweils zuerst eine optische Abbildung und dann eine elektronische Bildgewinnung umfassen. In Abbildungsrichtung folgt dem Objektiv 1, dessen Details später anhand 3 beschrieben werden, ein Abschnitt mit parallelen Strahlengängen. Erste und zweite, jeweils linke und rechte, Tubuslinsen 2L, 2R, 102L, 102R erzeugen in ersten und zweiten, jeweils linken und rechten, Bildebenen 4L, 4R, 104L, 104R erste und zweite, jeweils linke und rechte, optische Bilder 5L, 5R, 105L, 105R. In den Bildebenen 4L, 4R, 104L, 104R liegen erste und zweite, jeweils linke und rechte, Bilddetektoren 6L, 6R, 106L, 106R, welche jeweils die optischen Bilder 5L, 5R, 105L, 105R in erste und zweite, jeweils linke und rechte, elektronischen Bilddaten 7L, 7R, 107L, 107R umwandeln. Die Bilddetektoren 6L, 6R, 106L, 106R umfassen beispielsweise einen CCD-Sensor (charge-coupled device) und/oder einen CMOS-Sensor (Complementary metal-oxide-semiconductor). Eine Steuerungseinrichtung 12 erzeugt aus den jeweiligen Bilddaten 7L, 7R, 107L, 107R erste und zweite, jeweils linke und rechte, elektronische Bilder 11L, 11R, 111L, 111R, welche jeweils auf ersten und zweiten Stereo-Anzeigeeinrichtungen 10, 110 angezeigt werden. Die Steuerungseinrichtung 12 kann beispielsweise ein Mikroprozessor, ein Computer mit entsprechend versehenem Computerprogramm oder ein sonstiger elektrischer Schaltkreis sein. das Mikroskop umfasst eine Erfassungseinrichtung 12.2, die später noch erläutert wird. Die Stereo-Anzeigeeinrichtungen 10, 110 weisen jeweils linke und rechte Anzeigeeinrichtungen 9L, 9R, 109L, 109R zur Bilddarstellung der elektronischen Bilder 11L, 11R, 111L, 111R auf. Die Anzeigeeinrichtungen 9L, 9R, 109L, 109R können einen Bildschirm und/oder ein Display umfassen.
Das Objektiv 1 und die Tubuslinsen 2L, 2R, 102L, 102R bilden einen ersten und zweiten, jeweils linken und rechten, Abbildungsstrahlengang 8L, 8R, 108R, 108L, welcher das Objekt O in die Bildebenen 4L, 4R, 104L, 104R abbildet. Die Bilddetektoren 6L, 6R, 106L, 106R, die Steuerungseinrichtung 12 und die Anzeigeeinrichtungen 9L, 9R, 109L, 109R bilden jeweils einen ersten und zweiten, jeweils linken und rechten, datentechnischen Teil 13L, 13R, 113L, 113R des Mikroskops M.
Die ersten Abbildungsstrahlengänge 8L, 8R bilden zusammen mit den datentechnischen Teilen 13L, 13R einen ersten Kanal, nachfolgend als erster linker bzw. rechter Teilkanal 17L, 17R bezeichnet. Analog ist ein zweiter Kanal, umfassend einen zweiten linken bzw. rechten Teilkanal 117L, 117R, aus den zweiten Abbildungsstrahlengängen 108L, 108R und den datentechnischen Teilen 113L, 113R aufgebaut.
Das Mikroskop M weist somit den ersten linken Teilkanal 17L, den ersten rechten Teilkanal 17R, den zweiten linken Teilkanal 117L und den zweiten rechten Teilkanal 117R auf. Der erste linke Teilkanal 17R erzeugt ein erstes linkes elektronisches Bild 11L des Objekts O und der erste rechte Teilkanal 17R dient zur Erzeugung eines ersten rechten elektronischen Bilds 11R des Objekts O. Das erste linke elektronische Bild 11L und das erste rechte elektronische Bild 11R bilden zusammen ein erstes elektronisches Stereo-Bild des Objekts O. Der zweite linke Teilkanal 107R dient zur Erzeugung eines zweiten linken elektronischen Bilds 111L des Objekts O, und der zweite rechte Teilkanal 107R erzeugt ein zweites rechtes elektronisches Bild 111R des Objekts O. Das zweite linke elektronische Bild 111L und das zweite rechte elektronische Bild 111R bilden zusammen ein zweites elektronisches Stereo-Bild des Objekts O. Das erste elektronische Stereo-Bild wird dem ersten Beobachter auf der Anzeigeeinrichtung 10 und das zweite elektronische Stereo-Bild dem zweiten Beobachter auf der Anzeigeeinrichtung 110 angezeigt.
Der erste linke Abbildungsstrahlengang 8L bildet das Objekt O durch das Objektiv 1 und die erste linke Tubuslinse 2L in das erste linke optische Bild 5L ab, der erste rechte Abbildungsstrahlengang 8R analog in das erste rechte optische Bild 5R. Der erste linke Abbildungsstrahlengang 8L und der erste rechte Abbildungsstrahlengang 8R bilden einen ersten Stereo-Abbildungsstrahlengang zur optischen Stereo-Abbildung des Objekts O.
Im ersten linken Abbildungsstrahlengang 8L und im ersten rechten Abbildungsstrahlengang 8R ist eine Strahlteilereinrichtung 115 vorgesehen. Der zweite linke Abbildungsstrahlengang 108L bildet analog das Objekt O über die Strahlteilereinrichtung 115 (insbesondere den linken Strahlteiler 116L) und die zweite linke Tubuslinse 112L in das zweite linke optische Bild 105L ab. Der zweite rechte Abbildungsstrahlengang 108R bildet das Objekt O über die Strahlteilereinrichtung 115 (insbesondere einen zweiten Strahlteiler 116R) und die zweite rechte Tubuslinse 112R in das zweite rechte optische Bild 105R ab.
Die Strahlteilereinrichtung 115 kann eine einzige Strahlteilerfläche aufweisen, wie dies beispielsweise in 3 gezeigt ist, oder zwei separate Strahlteiler 116L und 116R, wie dies in den 1 und 2 dargestellt ist. Die Strahlteilereinrichtung 115 lenkt Strahlung, die von dem Objekt O ausgeht, in den zweiten linken Teilkanal 117L und in den zweiten rechten Teilkanal 117R um. Die Strahlung für den ersten linken Teilkanal 17L und im zweiten rechten Teilkanal 17R wird von der Strahlteilereinrichtung 115 transmittiert.
Nach der Strahlteilereinrichtung 115 wird die Strahlung durch die Tubuslinsen 2L, 2R, 102L, 102R, welche eine oder mehrere Linsen umfassen können, in die entsprechenden Bildebenen 4L, 4R, 104L, 104R fokussiert. Die Abbildungseigenschaften der Tubuslinsen 2L, 2R, 102L, 102R sind optional verstellbar und weisen dazu z. B. zueinander bewegliche Linsenglieder auf. Das Objektiv 1 sowie die ersten Tubuslinsen 2L und 2R oder die zweiten Tubuslinsen 102L und 102R bilden zusammen jeweils eine Abbildungsoptik. Sie bildet das Objekt O mit einstellbarem Abbildungsmaßstab in die jeweiligen Bildebenen 4L, 4R, 104L, 104R ab. Optional können jeweils die Tubuslinsen 2L, 2R, 102L, 102R und/oder das Objektiv 1 mit einer Zoomoptik versehen sein, beispielsweise sind Tubuslinsen 2L, 2R, 102L, 102R und/oder das Objektiv 1 mit zwei zu einer beweglich angeordneten Linsen versehen und/oder zusätzliche Linsen sind in den Teil der Abbildungsstrahlengänge 8L, 8R, 108R, 108L bringbar, in denen Strahlung parallelisiert verläuft.
Die Tubuslinsen 2L, 2R, 102L, 102R legen erste und zweite, jeweils linke und rechte, optische Achsen OA1L, OA1R, OA2L, OA2R fest. Die erste linke optische Achse OA1L und die erste rechte optische Achse OA1R bestimmen im Abschnitt zwischen der Strahlteilereinrichtung 115 und dem Objektiv 1 eine erste Stereobasis des ersten elektronischen Stereo-Bilds, während die zweite linke optische Achse OA2L und die zweite rechte optische Achse OA2R ebenfalls zwischen der Strahlteilereinrichtung 115 und dem Objektiv 1 eine zweite Stereobasis des zweiten elektronischen Stereo-Bilds definieren. Die linken und rechten optischen Achsen OA1L, OA1R und OA2L, OA2R verlaufen zwischen der Strahlteilereinrichtung 115 und dem Objektiv 1 parallel zueinander und spannen jeweils eine optische Ebene auf. Die Stereobasen sind jeweils durch Betrag und Richtung eines Abstandsvektors A zwischen den linken und rechten optischen Achsen OA1L, OA1R und OA2L, OA2R in dem Bereich zwischen der Strahlteilereinrichtung 115 und dem Objektiv 1 festgelegt. Der Abstandsvektor A liegt jeweils in von den optischen Achsen OA1L, OA1R und OA2L, OA2R definierten optischen Ebenen. Die Länge oder der Betrag des Abstandsvektors A gibt den Abstand der linken und rechten optischen Achsen OA1L, OA1R und OA2L, OA2R in der optischen Ebene an. Die Richtung des Abstandsvektors A bestimmt die Ausrichtung der optischen Ebene und damit der Stereobasis; eine Drehung der Stereobasis führt zu einer Drehung der optischen Ebene.
Die erste linke Tubuslinse 2L, der erste linke Bilddetektor 6L, die erste rechte Tubuslinse 2R und erste rechte Bilddetektor 6R sind optional zueinander starr und bilden insbesondere eine Einheit. Sie sind allerdings gegenüber der Strahlteilereinrichtung 115 drehbar, so dass dadurch Ausrichtung der ersten Stereobasis verändert werden kann. Die zweite linke Tubuslinse 102L, der zweite linke Bilddetektor 106L, die zweite rechte Tubuslinse 102R, der zweite rechte Bilddetektor 106R und die Strahlteilereinrichtung 115 sind optional ebenfalls zueinander starr und bilden eine Einheit. Sie sind vorzugsweise gegenüber dem Objektiv 1 fest angeordnet, so dass die zweite Stereobasis nicht veränderbar ist. Die jeweiligen Einheiten sind in den 1 und 2 gestrichelt umrandet.
Die erste Stereobasis und das Objektiv 1 bestimmen eine erste linke Sehachse 14L für den ersten linken Teilkanal 17L und eine erste rechte Sehachse 14R für den ersten rechten Teilkanal 17R, während die zweite Stereobasis und das Objektiv 1 eine zweite linke Sehachse 114L für den zweiten linken Teilkanal 117L und eine zweite rechte Sehachse 114R für den zweiten rechten Teilkanal 117R festlegen.
Der erste linke datentechnische Teil 13L umfasst den ersten linken Bilddetektor 6L, die Steuerungseinrichtung 12 und optional die erste linke Anzeigeeinrichtung 9L zur Bilddarstellung des ersten linken elektronischen Bilds 11L. Der erste rechte datentechnische Teil 13R umfasst den ersten rechten Bilddetektor 6R, die Steuerungseinrichtung 12 und optional die erste rechte Anzeigeeinrichtung 9R zur Bilddarstellung des ersten rechten elektronischen Bildes 11R. Der zweite linke datentechnische Teil 103L umfasst den zweiten linken Bilddetektor 106L, die Steuerungseinrichtung 12 und die zweite linke Anzeigeeinrichtung 109L zur Darstellung des zweiten linken elektronischen Bilds 111L auf, während der zweite rechte datentechnische Teil 113R den zweiten rechten Bilddetektor 106R, die Steuerungseinrichtung 12 sowie die zweite rechte Anzeigeeinrichtung 109R zur Bilddarstellung des zweiten rechten elektronischen Bilds 111R umfasst. Der erste linke Bilddetektor 6L liegt in der ersten linken Bildebene 4L, der erste rechte Bilddetektor 6R in der ersten rechten Bildebene 4R, der zweite linke Bilddetektor 106L in der zweiten linken Bildebene 104L und der zweite rechte Bilddetektor 106R in der zweiten rechten Bildebene 104R. Die Bilddetektoren 6L, 6R, 106L, 106R wandeln jeweils die Strahlung der optischen Bilder 5L, 5R, 105L, 105R in elektronische Bilddaten 7L, 7R, 107L, 107R um, insbesondere erzeugt der erste linke Bilddetektor 6L erste linke elektronische Bilddaten 7L, der erste rechte Bilddetektor 6R erste rechte elektronische Bilddaten 7R, der zweite linke Bilddetektor 106L zweite linke elektronische Bilddaten 107L und der zweite rechte Bilddetektor 106R zweite rechte elektronische Bilddaten 107R.
Die elektronischen Bilddaten 7L, 7R, 107L und 107R werden über Leitungen an die Steuerungseinrichtung 12 übermittelt. Die Steuerungseinrichtung 12 erzeugt aus den elektronischen Bilddaten 7L, 7R, 107L, 107R die elektronischen Bilder 11L, 11R, 111L, 111R. Die elektronischen Bilder 11L, 11R, 111L und 111R werden jeweils über Leitungen an die optionalen Anzeigeeinrichtungen 9L, 9R, 109L und 109R übermittelt. Die Anzeigeeinrichtungen 9L, 9R, 109L, 109R stellen die elektronischen Bilder 11L, 11R, 111L und 111R für die Beobachter dar.
Die ersten Tubuslinsen 2L, 2R und die ersten Bilddetektoren 6L, 6R können wie in 1 durch die gestrichelte Umrahmung gezeigt gegenüber der Strahlteilereinrichtung 115 drehbar gehalten sein. Damit ist es möglich, die erste Stereobasis zu rotieren, nämlich durch Drehung der genannten Elemente. Auf diese Weise rotiert der Abstandsvektor A in einer Ebene senkrecht zu den ersten optischen Achsen OA1L, OA1R. Bei einer Drehung der ersten Tubuslinsen 2L, 2R und der ersten Bilddetektoren 6L, 6R rotierten vorzugsweise das Paar der ersten optischen Achsen OA1L, OA1R um sein Zentrum. Insbesondere sind die ersten Tubuslinsen 2L, 2R und die ersten Bilddetektoren 6L, 6R starr zueinander angeordnet. Darüber hinaus ist es möglich, dass die ersten Tubuslinsen 2L, 2R und die ersten Bilddetektoren 6L, 6R beweglich zueinander angeordnet sind, so dass sich beispielsweise die Länge des Abstandsvektors verändern lässt. Die zweiten Tubuslinsen 102L, 102R und die zweiten Bilddetektoren 106L, 106R sind wie in 1 durch die gestrichelte Umrahmung gezeigt gegenüber der Strahlteilereinrichtung 115 starr angeordnet.
Das Mikroskop M gemäß 2 stimmt hinsichtlich des ersten linken Teilkanals 17L und des ersten rechten Teilkanals 17R mit dem Mikroskop M gemäß der Ausführungsform der 1 überein. Auch der zweite Kanal 117L stimmt mit dem zweiten linken Teilkanal 117L des Mikroskops M gemäß der in 1 gezeigten Ausführungsform überein. Jedoch fehlt der zweite Teilkanal 117R komplett. Somit eignet sich das Mikroskop M zum Anzeigen des ersten elektronischen Stereo-Bilds und eines zweiten monoskopischen elektronischen Bilds des Objekts O. Der verbliebene zweite Kanal 117L ist somit ein monoskopischer Kanal, mittels welchem ein monoskopisches elektronisches Bild des Objekts O gewonnen und mit der Anzeigeeinrichtung 110 dargestellt werden kann.
Das Mikroskop M gemäß 3 ist als Stereo-Mikroskop vom Fernrohr-Typ ausgebildet, wobei in 3 Einzelheiten des ersten linken Abbildungsstrahlengang 8L, des ersten rechten Abbildungsstrahlengang 8R, des zweiten linken Abbildungsstrahlengang 108L und des zweiten rechten Abbildungsstrahlengang 108R sowie der Bilddetektoren 6L, 6R, 106L und 106R dargestellt sind. Die Anzeigeeinrichtungen und die Steuerungseinrichtung 12 sind in 2 und 3 nicht eingezeichnet, können jedoch wie in 1 ausgebildet sein. Das Mikroskop M ist ein digitales Stereo-Operationsmikroskop, mit welchem elektronische Stereo-Bilder und/oder Stereo-Videos eines Objekts O erzeugt werden können. Dazu wird das Objekt O auf einem Operationsfeld 22 platziert und mittels einer Beleuchtungseinrichtung 24 beleuchtet. Die Beleuchtungseinrichtung 24 sendet als Beleuchtungsstrahlung 26 Weißlicht, d. h. Strahlung mit Wellenlängen im sichtbaren Bereich, sowie optional Strahlung zur Anregung von Fluoreszenz in dem Objekt O aus.
Die Steuerungseinrichtung 12 ist mit der Beleuchtungseinrichtung 24 per Funk oder durch in den Figuren nicht eingezeichnete Leitungen datentechnisch verbunden und kann insbesondere die Intensität des abgegebenen Lichts, die Dauer eines Beleuchtungspulses sowie die Größe einer beleuchteten Fläche auf dem Objekt O, die Beleuchtungsfläche, verändern. Dies gelingt z. B. mit Hilfe eines der Beleuchtungseinrichtung 24 zugeordneten Beleuchtungsobjektivs 28, welches steuerbar ist. Die Intensität der Beleuchtung, die Dauer eines Beleuchtungspulses sowie die Größe der Beleuchtungsfläche werden anwendungsabhängig eingestellt.
Die Steuerungseinrichtung 12 kann die Beleuchtungseinrichtung 24 auch dahingehend steuern, dass die Beleuchtungseinrichtung 24 Lichtpulse abgibt, die mit der Belichtungszeit des ersten linken Bilddetektors 6L, des ersten rechten Bilddetektors 6R, des zweiten linken Bilddetektors 106L und/oder des zweiten rechten Bilddetektors 106R synchronisiert sind. Optional kann die Steuerungseinrichtung 12 die Beleuchtungseinrichtung 24 zur Abgabe von Lichtpulsen steuern, die sich in ihrer spektralen Eigenschaft unterscheiden. Ein erster Puls kann Weißlicht umfassen und mit der Belichtung der ersten der Bilddetektoren 6L, 6R synchronisiert sein, während ein zweiter Belichtungspuls Licht zur Anregung von Fluoreszenzfarbstoffen ausstrahlt, wobei der zweite Lichtimpuls mit der Belichtung der zweiten Bilddetektoren 106L, 106R synchronisiert ist. Auf diese Weise kann die Beleuchtung für die Bilddetektoren 6L, 6R, 106L, 106R optimiert werden.
Darüber hinaus kann die Steuerungseinrichtung 12 den ersten linken Bilddetektor 6L und den ersten rechten Bilddetektor 6R einerseits sowie den zweiten linken Bilddetektor 106L und den zweiten rechten Bilddetektor 106R anderseits zeitlich versetzt belichten, so dass ein Videosignal mit doppelter Bildrate erzeugt werden kann, gegebenenfalls ohne die Belichtungsdauer zu reduzieren. Weiter ist es optional möglich, dass die Belichtungsdauer erhöht wird, beispielsweise verdoppelt, und ein Videosignal mit gleicher Bildrate erzeugt wird; auf diese Weise lässt sich das Signal-zu-Rausch-Verhältnis bei gleicher Bildrate erhöhen.
Der durch die Beleuchtungsstrahlung entsprechender Wellenlänge angeregte Fluoreszenzfarbstoff kann beispielsweise Indocyaningrün (ICG) sein, dessen Absorptionsspektrum hauptsächlich zwischen 600 nm und 900 nm liegt und Strahlung mit Wellenlängen zwischen 750 nm und 950 nm emittiert. Darüber hinaus kann auch Protoporphyrin IX (PpIX) als Fluoreszenzfarbstoff verwendet werden, der ein Absorptionsspektrum zwischen 400 und 500 nm und ein Emissionsspektrum zwischen 600 und 670 nm hat.
Die Abbildungsstrahlengänge 8L, 8R, 108L und 108R weisen einen optionalen Filter 33 auf. Nach Durchgang der Strahlen durch das Objektiv 1 oder das Varioskop sind aus einem Punkt des Objekts O stammende Strahlen zueinander parallel. Der Filter 33 ist optional in die Strahlengänge bringbar, beispielsweise mit Hilfe eines elektrischen Motors, der von der Steuerungseinrichtung 12 gesteuert wird. Der Filter 33 blockt beispielsweise Strahlung mit unerwünschten Wellenlängen.
Im Anschluss daran wird die vom Objekt O stammende Strahlung des gemeinsamen Strahlengangs in die Strahlteilereinrichtung 115 geführt, welche in dieser Ausführungsform einen dichroitischen Strahlteiler aufweist. Die Strahlteilereinrichtung 115 teilt die Strahlung in den ersten linken Abbildungsstrahlengang 8L und den ersten rechten Abbildungsstrahlengang 8R einerseits sowie in den zweiten linken Abbildungsstrahlengang 108L und den zweiten rechten Abbildungsstrahlengang 108R anderseits. Die Strahlung im sichtbaren Wellenlängenbereich, welche ein Beispiel für den einen ersten Wellenlängenbereich ist, wird z. B. zu 50 % reflektiert und zu 50 % transmittiert. Strahlung mit Wellenlängen größer als 800 nm, was ein Beispiel für einen zweiten Wellenlängenbereich ist, wird bevorzugt zu 100 % reflektiert und zu 0 % transmittiert. Wird in dem Objekt O der Fluoreszenzfarbstoff ICG angeregt, so wird die Fluoreszenzstrahlung an der Strahlteilereinrichtung 115 nahezu vollständig reflektiert. Die reflektierte Strahlung wird den zweiten Bilddetektoren 106L und 106R zugeführt und die transmittierte Strahlung den ersten Bilddetektoren 6L und 6R. Der erste linke Abbildungsstrahlengang 8L und der erste rechte Abbildungsstrahlengang 8R führen nach der Strahlteilereinrichtung 115 somit lediglich Licht im sichtbaren Wellenlängenbereich, während der zweite linke Abbildungsstrahlengang 108L und der zweite rechte Abbildungsstrahlengang 108R Strahlung im sichtbaren Wellenlängenbereich und im infraroten Wellenlängenbereich aufweisen.
Eine erste Stereo-Kamera 34 umfasst eine mit einem Doppelloch versehene erste Pupillenblende 36, die erste linke Tubuslinse 2L, die erste rechte Tubuslinse 2R, zwei erste Umlenkprismen 38L, 38R, den ersten linken Bilddetektor 6L und den zweiten linken Bilddetektor 6R. Der erste linke Bilddetektor 6L ist hier als einziger erster linker Bildsensor 42L und der erste rechte Bilddetektor 6R als einziger erster rechter Bildsensor 42R ausgebildet. Die erste linke Tubuslinse 2L definiert die erste linke optische Achse OA1L und die erste rechte Tubuslinse 2R definiert die erste reche optische Achse OA1R. Eine Rotation der ersten Stereobasis führt somit zu einer Drehung des Abstandsvektors A in einer Ebene senkrecht zu den ersten optischen Achsen OA1L, OA1R und somit zu einer Drehung des Paars der ersten optischen Achsen OA1L, OA1R um sich selbst. In der in 3 gezeigten Ausführungsform können alle Elemente der ersten Stereo-Kamera 34 gemeinsam gedreht werden, insbesondere gegenüber der Strahlteilereinrichtung 115.
Die von der Strahlteilereinrichtung 115 transmittierte Strahlung wird durch die zwei Öffnungen in der ersten Pupillenblende 36 geführt und durch die ersten Tubuslinsen 2L und 2R der ersten Stereo-Kamera 34 auf die ersten Bildsensoren 42L, 42R abgebildet. Sie können als Farbsensoren, beispielsweise zur Detektion von sichtbarem Licht, ausgebildet sein. Die Farbsensoren umfassen insbesondere einen Chip mit darüber liegenden Bayer-Pattern oder drei Monochromsensoren zur Detektion von Licht in bestimmten Wellenlängenbereichen mit einem darüber liegenden Farbteilerprisma. Die erste Pupillenblende 36 begrenzt die Ausdehnung der Strahlung in dem ersten linken und dem ersten rechten Abbildungsstrahlengang 8L und 8R. Erste Antriebe 46L, 46R verstellen den Abbildungsmaßstab.
Ferner kann die Größe der ersten Pupillenblende 36 für die Strahlung der ersten Abbildungsstrahlengänge 8L und 8R unterschiedlich einstellbar sein; die ersten Abbildungsstrahlengänge 8L und 8R können demnach jeweils eine unterschiedlich große Blende aufweisen. Bevorzugt ist die erste Pupillenblende 36 kontinuierlich oder stufenweise für jeden der ersten Abbildungsstrahlengänge 8L und 8R verstellbar. Es ist auch möglich, dass die erste Pupillenblende 36 nur für den ersten linken Abbildungsstrahlengang 8L oder den ersten rechten Abbildungsstrahlengang 8R verstellbar ist.
Optional sind erste linke und rechte Umlenkprismen 38L, 38R vorgesehen, welche die von den ersten Tubuslinsen 2L und 2R kommende Strahlung auf die ersten Bildsensoren 42L, 42R umlenken. Die ersten Bildsensoren 42L, 42R weisen jeweils eine Detektorfläche mit einer Vielzahl von Pixel auf, welche die einfallende Strahlung in die ersten elektronischen Bilddaten 7L und 7R umwandeln können. Die erzeugten ersten elektronischen Bilddaten 7L und 7R werden an die Steuerungseinrichtung 12 weitergeleitet. Der erste linke Bildsensor 42L legt die erste linke Bildebene 4L fest, wobei das erste linke optische Bild 5L auf den ersten linken Bildsensor 42L abgebildet wird. Analog legt der erste rechte Bildsensor 42R die erste rechte Bildebene 4R fest, wobei das erste rechte optische Bild 5R auf den ersten rechten Bildsensor 42R abgebildet wird.
Die erste Stereo-Kamera 34 umfasst ferner einen ersten Drehmotor 31 und einen ersten Winkeldetektor 31a. Die Stereobasis der ersten Stereo-Kamera 34 ist mittels des ersten Drehmotors 31 um die Hauptachse des Objektivs 1 drehbar. Auf diese Weise rotieren die erste linke optische Achse OA1L und erste optische Achse OA1R um eine Hauptachse des Objektivs 1 und es lässt sich die Stereobasis der ersten Stereo-Kamera 34 gegenüber dem Objekt O verändern. Der Drehmotor 31 ist mit dem ersten Winkeldetektor 31a versehen, welcher letztlich die Lage der ersten Stereobasis misst. Der erste Winkeldetektor 31a und der erste Drehmotor 31 sind mit der Steuerungseinrichtung 12 über nicht eingezeichnete Leitungen oder per Funk datentechnisch verbunden. Die Steuerungseinrichtung 12 steuert den ersten Drehmotor 31, welcher insbesondere die erste Stereo-Kamera 34 um die Hauptachse des Objektivs 1 dreht.
Eine zweite Stereo-Kamera 134 umfasst eine mit einem Doppelloch versehene zweite Pupillenblende 136, die zweite linke Tubuslinse 102L, die zweite rechte Tubuslinse 102R, einen zweiten linken Kamerastrahlteiler 150L und einen zweiten rechten Kamerastrahlteiler 150R sowie den zweiten linken Bilddetektor 106L und den zweiten rechten Bilddetektor 106R. Die durch die zweite Pupillenblende 136 und die rechten Tubuslinsen 102L und 102R jeweils definierten zweite linke optische Achse OA2L und zweite rechte optische Achse OA2R verlaufen in einem Abschnitt zwischen dem Objektiv 1 und der Strahlteilereinrichtung 115 parallel zur Hauptachse des Objektivs 1. Eine Rotation der zweiten Stereobasis führt zu einer Drehung des Abstandsvektors A in einer Ebene senkrecht zu den zweiten optischen Achsen OA2L, OA2R und somit zu einer Drehung des Paars der zweiten optischen Achsen OA2L, OA2R um sich selbst. In der in 3 gezeigten Ausführungsform können alle Elemente der zweiten Stereo-Kamera 134 gemeinsam gedreht werden, insbesondere gegenüber der Strahlteilereinrichtung 115.
Die von der Strahlteilereinrichtung 115 reflektierte Strahlung wird durch die Öffnungen der zweite Pupillenblende 136 geführt und durch die zweiten Tubuslinsen 102L und 102R der zweiten Stereo-Kamera 134 auf die zweiten Bilddetektoren 106L und 106R abgebildet. Die zweite Pupillenblende 136 begrenzt die Ausdehnung der Strahlung des zweiten linken Abbildungsstrahlengangs 108L und des zweiten rechten Abbildungsstrahlengangs 108R. Die zweiten Tubuslinsen 102L und 102R können zusammen mit dem Objektiv 1 über zweite Antriebe 146L, 146R den Abbildungsmaßstab der Abbildung des Objekts O auf die zweiten Bilddetektoren 106L und 106R verändern.
Ferner ist die Größe der zweiten Pupillenblende 136 für jeden der zweiten Abbildungsstrahlengänge 108L und 108R unterschiedlich einstellbar; jeder zweiter Abbildungsstrahlengang 108L und 108R kann demnach eine unterschiedlich große Blende aufweisen. Bevorzugt ist die zweite Pupillenblende 136 kontinuierlich oder stufenweise für jeden der zweiten Abbildungsstrahlengänge 108L und 108R verstellbar. Es ist auch möglich, dass die zweite Pupillenblende 136 nur für den zweiten linken Abbildungsstrahlengang 108L oder den zweiten rechten Abbildungsstrahlengang 108R verstellbar ist.
Die zweiten Bilddetektoren 106L und 106R umfassen vier zweite Bildsensoren 142L, 142La, 142R, 142Ra zur Umwandlung von einfallender Strahlung in zweite elektronische Bilddaten 107L und 107R. Der zweite linke Bilddetektor 106L weist einen zweiten linken primären Bildsensor 142L und einen zweiten linken sekundären Bildsensor 142La auf, der zweite rechte Bilddetektor 106R einen zweiten rechten sekundären Bildsensor 142R und einen zweiten rechten sekundären Bildsensor 142Ra. Die zweiten primären Bildsensoren 142L, 142R detektieren beispielsweise sichtbares Licht und können als die zuvor beschriebenen Farbsensoren ausgestaltet sein. Die zweiten sekundären Bildsensoren 142La, 142Ra sind zum Beispiel zur Detektion von infraroter Strahlung vorgesehen und als Monochromsensoren zur Detektion von Licht eines vorgegebenen Wellenlängenbereichs ausgebildet. Die zweiten Kamerastrahlteiler 150L, 150R besitzen ein Transmissions-/Reflexionsspektrum, mittels welchem Strahlung im infrarotem Wellenlängenbereich auf die zweiten sekundären Bildsensoren 142La, 142Ra gelenkt wird, während Strahlung im sichtbaren Bereich auf die zweiten primären Bildsensoren 142L, 142R transmittiert wird. Die zweiten Bildsensoren 142L, 142La, 142R, 142Ra sind mit der Steuerungseinrichtung 12 verbunden. Die zweiten linken Bildsensoren 142L, 142La legen jeweils die zweite linke Bildebene 104L fest, wobei das zweite linke optische Bild 105L auf die zweiten linken Bildsensoren 142L, 142La abgebildet wird. Analog legen die zweiten rechten Bildsensoren 142R, 142Ra jeweils die zweite rechte Bildebene 104R fest, wobei das zweite rechte optische Bild 105R auf die zweiten rechten Bildsensoren 142R, 142Ra abgebildet wird. Die Bildsensoren 42L, 42R, 142L, 142La,142R, 142Ra können jeweils als CCD-Sensor (charge-coupled device) und/oder einen CMOS-Sensor (Complementary metal-oxide-semiconductor) ausgebildet sein.
Die zweite Stereo-Kamera 134 umfasst optional einen zweiten Drehmotor 131 und einen zweiten Winkeldetektor 131a. Die zweiten optischen Achsen OA2L, OA2R sind im Abschnitt zwischen dem Objektiv 1 und der Strahlteilereinrichtung 115 mit Hilfe des zweiten Drehmotors 131 um die Hauptachse des Objektivs 1 drehbar; es lässt sich somit die Winkellage, d. h. die zweite Stereobasis, der zweiten Stereo-Kamera 134 gegenüber dem Objekt O verändern. Dem zweiten Drehmotor 131 ist der zweite Winkeldetektor 131a zugeordnet, welcher letztlich die zweite Stereobasis misst. Der zweite Drehmotor 131 sowie der zweite Winkeldetektor 131a sind mit der Steuerungseinrichtung 12 über nicht eingezeichnete Leitungen oder per Funk datentechnisch verbunden. Die Steuerungseinrichtung 12 kann den zweiten Drehmotor 131 steuern, welcher die zweite Stereo-Kamera 134 dreht.
Vorzugsweise kann die Steuerungseinrichtung 12 die Belichtungszeit und die Auflösung der ersten Stereo-Kamera 34 und der zweiten Stereo-Kamera 134 verstellen.
Die Größe der Pupillenblenden 36, 136 ist für jeden Abbildungsstrahlengang individuell einstellbar; jeder Abbildungsstrahlengang 8L, 8R, 108L, 108R kann demnach eine unterschiedlich große Blende aufweisen. Bevorzugt ist die erste Pupillenblende 11 kontinuierlich, mindestens aber stufenweise verstellbar. Es ist auch möglich, dass nur die erste Pupillenblende 36 verstellbar ist.
Wie 4 zeigt, ist das Objektiv 1 mehrteilig ausgeführt und umfasst in Ausführungsformen beispielsweise ein Varioskop 30, hier realisiert durch ein bewegliches Linsenglied 30.1 und ein feststehendes Linsenglied 30.2. Das bewegliche Linsenglied 30.1 ist unter Ansteuerung durch die Steuerungseinrichtung 12 von einem Antrieb 30.3 verstellbar. Weiter umfasst das Objektiv 1 ein bewegliches Glied 1.1 und ein feststehendes Glied 1.2. Das bewegliche Glied 1.1 ist von einem Antrieb 1.3 wiederum unter Ansteuerung durch die Steuerungseinrichtung verstellbar. Auf diese Weise ist eine Zoom-Optik realisiert, mit der der Abbildungsmaßstab und die Fokalebene bei der Abbildung des Objektes O eingestellt werden können. Somit kann das Objekt O mit einstellbarem Vergrößerungs- oder Abbildungsmaßstab im Stereomikroskop M abgebildet werden, wobei zugleich auch die Lage der Fokalebene eingestellt werden kann, d. h. in unterschiedliche Tiefenlagen fokussiert werden kann. Da das Objekt O, wie nachfolgend noch erläutert werden wird, in der Anwendung des Mikroskops M eine Tiefenstruktur aufweist, ist diese Eigenschaft von besonderer Bedeutung. 4 zeigt rein exemplarisch eine stufenlose Verstellbarkeit des Abbildungsmaßstabs. Gleichermaßen kann in Ausführungsformen durch schwenkbare Glieder jedoch auch eine gestufte Verstellung realisiert werden.
Die Steuerungseinrichtung 12 ist mit der Erfassungseinrichtung 12.2 verbunden. Dies ist exemplarisch in die Bauweise der 1 eingezeichnet, kommt aber auch für die anderen Ausführungsformen in Frage. Die Erfassungseinrichtung 12.2 ermittelt, auf welchen Ort der Anzeigeeinrichtung 10, 110 der Betrachter blickt. Aus dieser Ortsangabe ermittelt die Steuerungseinrichtung 12 dann den Interessenbereich IB. Die Erfassungseinrichtung 12.2 kann beispielsweise eine Kamera umfassen, welche an der Anzeigeeinrichtung 10 und/oder 110 befestigt ist und mit deren Daten die Steuerungseinrichtung 12 den Ort erfasst. Die Erfassungseinrichtung 12.2 kann damit teilweise auch als Softwaremodul ausgeführt sein, das in der Steuerungseinrichtung 12 arbeitet.
Beim Mikroskopieren mit dem Mikroskop M führt die Steuerungseinrichtung 12 bevorzugt fortwährend ein Verfahren zum Einstellen des abgebildeten Objektfeldes durch. Dieses Verfahren wird bei einem Mikroskop M, das für mehrere Beobachter ausgebildet ist, nur für einen der beiden Beobachter ausgeführt. Dieser ist ein Haupt-Beobachter und gibt die Lage des Objektfeldes, welches abgebildet wird, auch für den weiteren Beobachter aus, der dann ein Neben-Beobachter ist. Beispiele für solche Anwendungsfälle finden sich in der Chirurgie, bei der Operationsmikroskope eingesetzt werden. Der Chirurg gibt das Objektfeld vor, dass dann auch einem Assistenten oder eine Pflegekraft angezeigt wird.
5 zeigt die Anzeigeeinrichtung 10, die hier als Stereookular ausgebildet ist, das mittels der Anzeigeeinrichtungen 9L und 9R ein Stereobild anzeigt. Am Stereookular ist die Erfassungseinrichtung 12.2 angebracht, die die Blickrichtung, insbesondere die Lage der Pupille des Beobachters ermittelt und daraus feststellt, wohin der Betrachter blickt. In der dargestellten Situation blickt er auf der Anzeigeeinrichtung auf einen Ort 202. dieser Ort 202 liegt außerhalb eines zentralen Bereichs 206 der Anzeigeeinrichtung 9L. Die Steuerungseinrichtung 12 verstellt deshalb das Mikroskop derart, dass der Bildinhalt, welcher sich am Ort 202 befindet, in den zentralen Bereich 206 gelangt. Dieser liegt zentriert um das geometrische Zentrum 204 der Anzeigeeinrichtung 9L. Auf diese Weise wandert das abgebildete Objektfeld ins Zentrum 206 der Anzeigeeinrichtung 9L. Während der Verschiebung wird der Ort 202 nicht erfasst. Weiter ist optional vorgesehen, dass bei der Erfassung des Ortes 202 eine Tiefpassfilterung ausgeführt wird. Dies kann dadurch geschehen, dass eine zeitliche Mittelung vorgenommen wird, oder der Beobachter über eine Mindestdauer auf den Ort 202 blicken muss, damit die Verstellung erfolgt.
Das Bestimmen des Ortes 202 erfolgt in der Ausführungsform der 5 ausschließlich in der linken Anzeigeeinrichtung 9L. Dies genügt aufgrund der Parallelstellung der Augen. Der Eingriff am Mikroskop erfolgt natürlich so, dass die Verschiebung des Objektfeldes für beide Stereoteilkanäle gleichermaßen ausgeführt wird. Das Mikroskop kann natürlich gleichermaßen auch als normales Mono-Mikroskop ausgebildet sein.
Eine Möglichkeit zur Verstellung des Objektausschnittes ist in 6 gezeigt. Hier ist das Mikroskop M als chirurgisches Mikroskop ausgebildet, mit dem als Objekt ein Patient untersucht wird, der sich auf einer Patientenliege 300 befindet. Das Mikroskop M umfasst einen Mikroskopkörper 302, welcher beispielsweise alle Elemente vom Objektiv 1 bis zu den Bildsensoren enthält. Der Mikroskopkörper 302 ist an einem Stativ 304 befestigt, welches unter Steuerung durch die Steuerungseinrichtung 12 verstellt werden kann. Auf diese Weise kann ein Beobachter B bequem das Objektfeld anpassen kann, indem Antriebe 306 am Stativ 304 angesteuert werden, welche den Mikroskopkörper 302 verschieben und damit den Bildinhalt, welcher dem Ort 202 entspricht, in den zentralen Bereich 206 bringen. Alternative elektronische Verstellungen als Ersatz für derartige mechanische Verstellungen sind im allgemeinen Teil der Beschreibung erläutert.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10262230 A1 [0004]

Claims

Mikroskopieverfahren zur Abbildung eines Objekts (O), umfassend die Schritte - Abbilden des Objekts (O) in ein optisches Bild (5L, 5R, 105L, 105R) auf einen Bilddetektor (6L, 6R, 106L, 106R), - Erzeugen von elektronischen Bilddaten (7L, 7R, 107L, 107R) aus dem optischen Bild (5L, 5R, 105L, 105R) mittels des Bilddetektors (6L, 6R, 106L, 106R) und Generieren eines elektronischen Bilds (11L, 11R, 111L, 111R) aus den elektronischen Bilddaten (7L, 7R, 107L, 107R), und - Anzeigen des elektronischen Bilds (11L, 11R, 111L, 111R) auf einer Anzeigeeinrichtung (10, 110) und gekennzeichnet durch - Erfassen einer Blickrichtung eines Benutzers B des Mikroskops (M) und Ermitteln eines Ortes (202) im elektronischen Bild (11L, 11R, 111L, 111R), auf den der Benutzer B blickt, und - Prüfen, ob der Ort (202) in einem zentralen Bereich (206) der Anzeigeeinrichtung (10, 110) liegt und, falls nicht, Modifizieren des Abbildens des Objekts (O) in das optische Bild (5L, 5R, 105L, 105R) und/oder des Generierens des elektronischen Bilds (11L, 11R, 111 L, 111R) aus den elektronischen Bilddaten (7L, 7R, 107L, 107R) derart, dass der dem Ort (202) zugeordnete Bildinhalt in den zentralen Bereich (206) der Anzeigeeinrichtung (10, 110) verschoben wird.
Mikroskopieverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beim Ermitteln des Ortes (202) eine zeitliche Tiefpassfilterung durchgeführt wird.
Mikroskopieverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Modifizieren so erfolgt, dass beim Verschieben eine vorbestimmte und optional einstellbare Maximalgeschwindigkeit nicht überschritten wird.
Mikroskopieverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zum Modifizieren des Abbildens des Objekts (O) in das optische Bild (5L, 5R, 105L, 105R) eine Abbildungsoptik relativ zum Objekt (O) verschoben wird, wobei insbesondere das Mikroskop (M) ohne die Anzeigeeinrichtung (10, 110) verschoben wird.
Mikroskopieverfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Generieren des elektronischen Bilds (11L, 11R, 111L, 111R) nur elektronischen Bilddaten (7L, 7R, 107L, 107R) verwendet werden, die einen Ausschnitt des optischen Bildes (5L, 5R, 105L, 105R) auf dem Bilddetektor (6L, 6R, 106L, 106R) wiedergeben, und dass zum Modifizieren des Generierens des elektronischen Bilds (11L, 11R, 111L, 111R) der Ausschnitt verschoben wird.
Mikroskopieverfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zentrale Bereich (206) zum geometrischen Zentrum (204) der Anzeigeeinrichtung (10, 110) zentriert liegt und einen maximalen Flächenanteil der Anzeigeeinrichtung (10, 110) abdeckt, bevorzugt nicht mehr als 10 % oder 20 % oder 30 % oder 40 %.
Mikroskop zur Erzeugung eines elektronischen Bilds (11L, 11R, 111L, 111R) eines Objekts (O), umfassend - eine Abbildungsoptik, einen Bilddetektor (6L, 6R, 106L, 106R), eine Steuerungseinrichtung (12) und eine Anzeigeeinrichtung (10, 110), wobei - die Abbildungsoptik das Objekt (O) in ein optisches Bild (5L, 5R, 105L, 105R) auf den Bilddetektor (6L, 6R, 106L, 106R) abbildet, - der Bilddetektor (6L, 6R, 106L, 106R) aus dem optischen Bild (5L, 5R, 105L, 105R) elektronische Bilddaten (7L, 7R, 107L, 107R) erzeugt und die Steuerungseinrichtung (12) aus den elektronischen Bilddaten (7L, 7R, 107L, 107R) ein elektronisches Bild (11L, 11R, 111L, 111R) des Objekts (O) generiert, und - die Anzeigeeinrichtung (10, 110) das elektronische Bild (11L, 11R, 111 L, 111R) des Objekts (O) anzeigt, dadurch gekennzeichnet, dass - das Mikroskop eine Erfassungseinrichtung (12.2) zum Erfassen einer Blickrichtung eines Benutzers (B) des Mikroskops (M) aufweist, - die Steuerungseinrichtung (12) aus Signalen der Erfassungseinrichtung (12.2) einen Ort (202) auf der Anzeigeeinrichtung (10, 110) ermittelt, auf den der Benutzer (B) blickt, und - die Steuerungseinrichtung (12) prüft, ob der Ort (202) in einem zentralen Bereich der Anzeigeeinrichtung (10, 110) liegt und, falls nicht, die Abbildungsoptik verstellt und/oder das Generieren des elektronischen Bilds (11L, 11R, 111L, 111R) aus den elektronischen Bilddaten (7L, 7R, 107L, 107R) verändert derart, dass der dem Ort (202) zugeordnete Bildinhalt in den zentralen Bereich (206) der Anzeigeeinrichtung (10, 110) verschoben wird.
Mikroskopie nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (12) die Abbildungsoptik so verstellt und/oder das Generieren des elektronischen Bilds (11L, 11R, 111L, 111 R) so verändert derart, dass beim Verschieben eine vorbestimmte und optional einstellbare Maximalgeschwindigkeit nicht überschritten wird.
Mikroskop nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Abbildungsoptik relativ zum Objekt (O) verschiebbar ist und dass die Steuerungseinrichtung (12) beim Verstellen der Abbildungsoptik diese verschiebt.
Mikroskop nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch ein Stativ, mit dem die Abbildungsoptik und der Bilddetektor (6L, 6R, 106L, 106R) gegenüber dem Objekt (O) und der Anzeigeeinrichtung (10, 110) verschiebbar ist.
Mikroskop nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (12) beim Generieren des elektronischen Bilds (11L, 11R, 111L, 111R) nur elektronischen Bilddaten (7L, 7R, 107L, 107R) verwendet, die einen Ausschnitt des optischen Bildes (5L, 5R, 105L, 105R) auf dem Bilddetektor (6L, 6R, 106L, 106R) wiedergeben, und zum Modifizieren des Generierens des elektronischen Bilds (11L, 11R, 111L, 111R) den Ausschnitt verschiebt.
Mikroskop nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der zentrale Bereich (206) zum geometrischen Zentrum (204) der Anzeigeeinrichtung (10, 110) zentriert liegt und einen maximalen Flächenanteil der Anzeigeeinrichtung (10, 110) abdeckt, bevorzugt nicht mehr als 10 % oder 20 % oder 30 % oder 40 %.
Mikroskop nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungseinrichtung eine Kamera (12.2) aufweist, insbesondere eine an der Anzeigeeinrichtung (10, 110) befestigte Kamera und/oder eine Augenpupille erfassende Kamera.
Mikroskop nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (12) zur Ausführung eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 ausgebildet ist.