DE112017006338T5

DE112017006338T5 - Aufnehmen eines bilds einer szene

Info

Publication number: DE112017006338T5
Application number: DE112017006338.8T
Authority: DE
Inventors: Paul Springer; Thimo EMMERICH; Zoltan Facius
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2016-12-16
Filing date: 2017-12-14
Publication date: 2019-08-29
Also published as: US20190328209A1; WO2018109117A1; JP2020513880A; US11510548B2; JP6977773B2

Abstract

Bildgebungsvorrichtung zur Verwendung mit einem Endoskop, wobei die Bildgebungsvorrichtung Folgendes umfasst: eine Linsenanordnung, die betreibbar ist zum Empfangen von Licht von einer Szene, die von dem Endoskop aufgenommen wird, und zum Bilden eines Bilds der Szene unter Verwendung des empfangenen Lichts; einen Bildsensor, der betreibbar ist zum Aufnehmen des Bilds der Szene, das von der Linsenanordnung gebildet wird; eine doppelbrechende Vorrichtung, die entlang eines optischen Wegs zwischen dem Endoskop und dem Bildsensor positioniert ist, wobei die doppelbrechende Vorrichtung doppelbrechendes Material umfasst, das in mehreren konzentrischen Ringen angeordnet ist, und wobei das doppelbrechende Material von jedem der konzentrischen Ringe derart ausgestaltet ist, dass sich die Polarisationsrichtungen eines ordentlichen Strahls und eines außerordentlichen Strahls von Licht von der Szene, welches sich durch das doppelbrechende Material fortbewegt, für mindestens zwei der mehreren konzentrischen Ringe unterscheiden; und einen Bildprozessor, der betreibbar ist zum Verarbeiten des aufgenommenen Bilds, um ein Ausgabebild zu erzeugen.

Description

HINTERGRUND
Gebiet der Offenbarung
Die vorliegende Offenbarung betrifft Aufnehmen eines Bilds einer Szene.
Beschreibung des Stands der Technik
Die hier bereitgestellte Beschreibung des „Hintergrunds“ dient dem Zweck einer allgemeinen Präsentation des Kontextes der Offenbarung. Arbeit der vorliegend benannten Erfinder im in diesem Hintergrundabschnitt beschriebenen Ausmaß sowie Aspekte der Beschreibung, die zum Zeitpunkt der Anmeldung nicht anderweitig als Stand der Technik angesehen werden können, sind gegenüber der vorliegenden Offenbarung weder ausdrücklich noch konkludent als Stand der Technik aufgenommen.
Ein Problem mit gewissen Bildaufnahmevorrichtungen, wie etwa jenen, die in industriellen Instrumenten (wie etwa industriellen Endoskopen) oder medizinischen Instrumenten (wie etwa medizinischen Endoskopen) verwendet werden, ist begrenzte Schärfentiefe, bei welcher hohe Raumfrequenzen erhalten werden können, um ein ausreichend scharfes Bild aufzunehmen. Um die Schärfentiefe zu verbessern, muss die Größe der Apertur, durch welche Licht durchgeht, um das aufzunehmende Bild zu bilden, verringert werden (Vergrößern der sogenannten F-Zahl (F#) der Bildaufnahmevorrichtung). Dies führt zu einer größeren Schärfentiefe, verringert aber andererseits die Auflösung/Fokusschärfe (aufgrund von Beugung) und erhöht das Rauschen des aufgenommenen Bilds (aufgrund dessen, dass es weniger empfangenes Licht gibt und somit ein verringertes Signal-Rausch-Verhältnis). Mit anderen Worten gibt es ein Abwägen dazwischen, eine größere Schärfentiefe zu haben und eine größere Fokusschärfe und gering verrauschte Bilder zu haben. Da darüber hinaus der Formfaktor solcher Bildaufnahmevorrichtungen verringert ist (um beispielsweise Endoskope mit kleinerem Formfaktor zu ermöglichen), erfordert dies Bildaufnahmesensoren mit kleineren Pixelgrößen, wobei die Probleme dieses Ansatzes nur schlimmer werden. Es besteht daher die Notwendigkeit, dieses Problem zu überwinden.
KURZDARSTELLUNG
Die vorliegende Offenbarung stellt eine Bildgebungsvorrichtung zur Verwendung mit einem Endoskop bereit, wobei die Bildgebungsvorrichtung Folgendes umfasst: eine Linsenanordnung, die betreibbar ist zum Empfangen von Licht von einer Szene, die von dem Endoskop aufgenommen wird, und zum Bilden eines Bilds der Szene unter Verwendung des empfangenen Lichts; einen Bildsensor, der betreibbar ist zum Aufnehmen des Bilds der Szene, das von der Linsenanordnung gebildet wird; eine doppelbrechende Vorrichtung, die entlang eines optischen Wegs zwischen dem Endoskop und dem Bildsensor positioniert ist, wobei die doppelbrechende Vorrichtung doppelbrechendes Material umfasst, das in mehreren konzentrischen Ringen angeordnet ist, und wobei das doppelbrechende Material von jedem der konzentrischen Ringe derart ausgestaltet ist, dass sich die Polarisationsrichtungen eines ordentlichen Strahls und eines außerordentlichen Strahls von Licht von der Szene, welches sich durch das doppelbrechende Material fortbewegt, für mindestens zwei der mehreren konzentrischen Ringe unterscheiden; und einen Bildprozessor, der betreibbar ist zum Verarbeiten des aufgenommenen Bilds, um ein Ausgangsbild zu erzeugen.
Die vorstehenden Abschnitte sind als eine allgemeine Einführung bereitgestellt worden und es wird nicht beabsichtigt, dass sie den Schutzumfang der folgenden Ansprüche beschränken. Die beschriebenen Ausführungsformen, zusammen mit weiteren Vorteilen, werden am besten durch Bezugnahme auf die folgende ausführliche Beschreibung, in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen, verstanden.
Figurenliste
Ein vollständigeres Verständnis der Offenbarung und vieler der dazugehörigen Vorteile wird ohne Weiteres erlangt, sobald dieselbe unter Bezugnahme auf die folgende ausführliche Beschreibung besser verstanden wird, wenn diese im Zusammenhang mit den begleitenden Zeichnungen betrachtet wird, wobei gilt:

1 zeigt schematisch eine optische Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Technik;
2A und 2B zeigen jeweils schematisch einen Querschnitt einer beispielhaften doppelbrechenden Vorrichtung;
3 zeigt, wie ein konstantes Unschärfeniveau in einem aufgenommenen Bild für verschiedene Objektweiten durch eine doppelbrechende Vorrichtung ermöglicht wird;
4A-D und 5A-D zeigen ein Beispiel für die Auswirkung der Verwendung einer doppelbrechenden Vorrichtung auf die Modulationstransferfunktion und die Punktspreizfunktion;
6 zeigt ein Beispiel für einen Vergleich der Schärfentiefe eines aufgenommenen Bilds, wenn (a) keine doppelbrechende Vorrichtung oder kein Inversfilter verwendet wird, (b) keine doppelbrechende Vorrichtung aber ein Inversfilter verwendet wird, und (c) sowohl eine doppelbrechende Vorrichtung als auch ein Inversfilter verwendet werden;
7A und 7B zeigen einen Vergleich einer doppelbrechenden Vorrichtung mit und ohne eine Zentralapertur;
8 zeigt ein Flussdiagramm, das schematisch einen Prozess gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Technik veranschaulicht.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nun wird auf die Zeichnungen Bezug genommen, in denen gleiche Bezugsziffern über die diversen Ansichten hinweg identische oder entsprechende Teile kennzeichnen.
1 zeigt eine optische Vorrichtung 100 zum Aufnehmen eines Bilds einer Szene 101 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Technik. Die optische Vorrichtung 100 umfasst einen Bildsensor 102 (wie etwa beispielsweise ein Charge Coupled Device (CCD), einen Bildsensor auf Basis von Complementary Metal Oxide Semiconductor (CMOS) oder Organischem CMOS), eine doppelbrechende Vorrichtung 106 (wie etwa beispielsweise eine Phasenmaske oder eine doppelbrechende Maske), eine Linsenanordnung 104 (wobei dies eine Anordnung von einer oder mehreren Linsen ist und in dieser Ausführungsform eine Kameraadapteroptik ist), einen Bildprozessor 108 und einen Ausgang 110. Der Betrieb von jedem des Sensors 102, des Bildprozessors 108 und des Ausgangs 110 wird von einer Steuerung 112 gesteuert.
Im Betrieb empfängt die Linsenanordnung 104 Licht von der Szene und bildet unter Verwendung des empfangenen Lichts ein Bild der Szene auf dem Bildsensor 102. Der Bildsensor nimmt dann das Bild der Szene auf (das heißt, er nimmt das Bild der Szene als ein elektronisches Bild auf). Dieses elektronische Bild wird dann durch den Bildprozessor 108 verarbeitet und zur Anzeige und/oder Speicherung von dem Ausgang 110 ausgegeben.
Die doppelbrechende Vorrichtung 106 ist entlang des optischen Wegs zwischen der Szene und dem Bildsensor 102 positioniert. Insbesondere kann die doppelbrechende Vorrichtung 106 entlang des optischen Pfads zwischen der Szene und der Linsenanordnung 104 oder in einer Pupillenebene der Linsenanordnung 104 positioniert sein. Die doppelbrechende Vorrichtung 106 umfasst doppelbrechendes Material, das in mehreren konzentrischen Ringen angeordnet ist. Das doppelbrechende Material von jedem der konzentrischen Ringe ist derart ausgestaltet, dass die Polarisationsrichtungen eines ordentlichen Strahls und eines außerordentlichen Strahls von Licht von der Szene, welches sich durch das doppelbrechende Material fortbewegt, für jeden der konzentrischen Ringe variieren (insbesondere, so dass sich die Polarisationsrichtungen des ordentlichen Strahls und des außerordentlichen Strahls für mindestens zwei der mehreren konzentrischen Ringe unterscheiden). Dies wird beispielsweise erreicht durch Variieren der Richtung der optischen Achse des doppelbrechenden Materials von jedem konzentrischen Ring, so dass die Polarisationsrichtung des ordentlichen Strahls (und daher die Polarisationsrichtung des außerordentlichen Strahls, die immer senkrecht zu der des ordentlichen Strahls steht) entsprechend variiert. Doppelbrechung wird in diesem Zusammenhang beispielsweise in der veröffentlichten US-Patentanmeldung US 2012/0281280 A1 erörtert. Wie erläutert werden wird, führt die Verwendung einer geeignet ausgestalteten doppelbrechenden Vorrichtung dieser Art dazu, dass das aufgenommene Bild der Szene über einen vorbestimmten Objektanstandsbereich hinweg in der Szene ein konstantes Unschärfeniveau aufzeigt. Dies erlaubt es dem Bildprozessor 108 dann, gemäß dem konstanten Unschärfeniveau geeignete Nachverarbeitung auf das aufgenommen Bild anzuwenden, um somit das konstante Unschärfeniveau aus dem aufgenommenen Bild zu entfernen. Ein Beispiel für solche Nachverarbeitung ist die Anwendung eines geeigneten Inversfilters (wie etwa eine invertierte Fokus-Punktspreizfunktion, wenn das konstante Unschärfeniveau über den vorbestimmten Objektabstandsbereich hinweg durch eine Fokus-Punktspreizfunktion definiert ist). Das konstante Unschärfeniveau verbessert die Effizienz der Nachverarbeitung beim Entfernen von Unschärfe aus dem aufgenommenen Bild. In einem Beispiel ändern sich die Polarisationsrichtungen des ordentlichen Strahls und des außerordentlichen Strahls für jeden nachfolgenden konzentrischen Ring in der doppelbrechenden Vorrichtung um 90°.
Bei der Ausführungsform von 1 wird das Licht von der Szene, das zum Bilden des aufgenommenen Bilds verwendet wird, von einem medizinischen Instrument empfangen (in diesem Beispiel ein medizinisches Endoskop 114, wie etwa ein Operationsendoskop). Das heißt, dass die Linsenanordnung 104 von dem medizinischen Instrument aufgenommenes Licht von der Szene empfängt und das Bild der Szene auf dem Bildsensor unter Verwendung dieses empfangenen Lichts bildet. Es versteht sich allerdings, dass Licht von der Szene von einer beliebigen anderen Instrumentenart empfangen werden kann, solange sich das Licht durch die doppelbrechende Vorrichtung 106 fortpflanzt und dann durch die Linsenanordnung 104 auf den Bildsensor 102 fokussiert wird. Ein Beispiel für eine andere Instrumentenart ist ein industrielles Instrument, wie etwa ein industrielles Endoskop. In dem Beispiel von 1 ist das Instrument ein medizinisches Endoskop 114. Licht von der Szene tritt in eine Eintrittspupille an einem distalen Ende 116 des medizinischen Endoskops ein, pflanzt sich durch ein oder mehrere optische Elemente 117 des Endoskops fort und verlässt das Endoskop durch eine Austrittspupille an dem proximalen Ende 118 des Endoskops. Dieses Licht wird dann durch die Linsenanordnung 104 (nach Durchlaufen der doppelbrechenden Vorrichtung 106) empfangen und ein Bild wird auf dem Bildsensor 102 gebildet.
2A und 2B zeigen einen Querschnitt einer beispielhaften doppelbrechenden Vorrichtung 106. Licht von der Szene pflanzt sich durch diesen Querschnitt fort, um die Linsenanordnung 104 zu erreichen. In diesem Beispiel umfasst die doppelbrechende Vorrichtung 106 doppelbrechendes Material, das in drei konzentrischen Ringen 202A, 202B und 202C angeordnet ist. Die doppelbrechende Vorrichtung 106 umfasst in diesem Beispiel auch einen zentralen zirkularen Anteil 200, welcher mit jedem der konzentrischen Ringe konzentrisch ist und welcher einen derart bemessenen Durchmesser aufweist, dass er sich innerhalb eines Innendurchmessers von jedem der konzentrischen Ringe befindet (wobei der Innendurchmesser von jedem Ring der Durchmesser des kleineren Kreises ist, welcher eine Querschnittsgrenze des Rings bildet, und ein Außendurchmesser von jedem Ring der Durchmesser des größeren Kreises ist, welcher die andere Querschnittsgrenze des Rings ist). Wie zuvor erwähnt, ist das doppelbrechende Material von jedem der konzentrischen Ringe derart ausgestaltet, dass sich die Polarisationsrichtungen eines ordentlichen Strahls und eines außerordentlichen Strahls von Licht von der Szene, welches sich durch das doppelbrechende Material fortbewegt, für mindestens zwei der konzentrischen Ringe aus doppelbrechendem Material unterscheiden. Zwei verschiedene Beispiele dafür sind jeweils in 2A und 2B gegeben, in welchen die Pfeile 201 die Polarisationsrichtung des ordentlichen Strahls für jeden konzentrischen Ring (und für den zentralen zirkularen Anteil 200) veranschaulichen. Man sieht hier, dass sich die Polarisationsrichtung des ordentlichen Strahls (und daher des außerordentlichen Strahls, dessen Polarisationsrichtung immer senkrecht zu der des ordentlichen Strahls steht) für jeden nachfolgenden konzentrischen Ring um 90° ändert, wenn man sich von dem Zentrum der doppelbrechenden Vorrichtung zu der Außenkante der doppelbrechenden Vorrichtung bewegt.
Die Doppelbrechungsleistung (wie beispielsweise durch die Breite von jedem Ring und die Dicke des doppelbrechenden Materials von jedem Ring bestimmt) ist ausgewählt gemäß der gewünschten Schärfentiefenerweiterung, den optischen Eigenschaften der optischen Vorrichtung 100 (wie etwa beispielsweise den optischen Eigenschaften der Linsenanordnung 104), den optischen Eigenschaften irgendeiner Vorrichtung (wie etwa beispielsweise dem Querschnittsdurchmesser des Endoskops 114), über welche Licht von der Szene durch die optische Vorrichtung 100 empfangen wird und/oder dem Abstand der doppelbrechenden Vorrichtung 106 relativ zu der Linsenanordnung 104, so dass das aufgenommene Bild der Szene über einen vorbestimmten Objektentfernungsbereich in der Szene ein konstantes Unschärfeniveau aufzeigt.
In den Beispielen von 2A und 2B ändert sich die Polarisationsrichtung des ordentlichen Strahls für jeden nachfolgenden konzentrischen Ring in der doppelbrechenden Vorrichtung 106 um 90°. Somit weist beispielsweise in jeder der 2A und 2B der konzentrische Ring 202B eine Polarisationsrichtung des ordentlichen Strahls auf, die bei 90° zur Polarisationsrichtung des ordentlichen Strahls des konzentrischen Rings 202A liegt, und der konzentrische Ring 202C wiederum weist eine Polarisationsrichtung des ordentlichen Strahls auf, die bei 90° zur Polarisationsrichtung des ordentlichen Strahls des konzentrischen Rings 202B liegt. Darüber hinaus weist der zentrale zirkulare Anteil 200 eine Polarisationsrichtung des ordentlichen Strahls auf, die bei 90° zu der Polarisationsrichtung des ordentlichen Strahls des konzentrischen Rings 202C liegt.
Die Querschnittsbreite und/oder die Querschnittsposition und -dicke von jedem Ring kann auch so gewählt werden, um dabei zu helfen, über die vorbestimmte Objektentfernung hinweg ein konstantes Unschärfeniveau zu zeigen. Bei einer Ausführungsform ist die Dicke von jedem Ring für alle Ringe der doppelbrechenden Vorrichtung die gleiche. Es sei angemerkt, dass sich die Dicke jedes Rings auf die Dimension des Rings bezieht, über welche sich Licht zwischen Einfall auf die doppelbrechende Vorrichtung und Durchlass durch die doppelbrechende Vorrichtung fortpflanzt. Somit bezieht sich die Dicke in 2A und 2B auf die Dimension von jedem Ring, die in die Seite hinein geht.
Das konstante Unschärfeniveau in dem aufgenommenen Bild für verschiedene Objektentfernungen, das durch eine doppelbrechende Vorrichtung 106 der beschriebenen Art ermöglicht wird, ist in 3 dargestellt. Hier kann man sehen, dass, ohne die doppelbrechende Vorrichtung 106, das mit einem aufgenommenen Punkt in der Szene (wie durch die Punktspreizfunktion (PSF) für den Punkt gemessen) assoziierte Unschärfeniveau als eine Funktion der Objektentfernung des Punkts in der Szene über einen vorbestimmten Entfernungsbereich hinweg variiert. Wenn das System andererseits eine wie beschriebene geeignete doppelbrechende Vorrichtung 106 beinhaltet, bleibt das mit einem aufgenommenen Punkt in der Szene (wie durch die Punktspreizfunktion (PSF) für den Punkt gemessen) assoziierte Unschärfeniveau gleich, wenn sich die Objektentfernung dieses Punkts in der Szene über den vorbestimmten Entfernungsbereich hinweg ändert. Dies ist tatsächlich so, da das Hinzufügen der doppelbrechenden Vorrichtung 106 einen zusätzlichen Term Φ in die Gleichung 300 zum Bestimmen der PSF W eines aufgenommenen Punkts in der Szene einführt, was dazu führt, dass die PSF W konstant wird. Es sei angemerkt, dass die in 3 gezeigten MTF-Graphen die Modulation (vertikale Achse) gegen die Raumfrequenz (horizontale Achse) für eine einzige Lichtwellenlänge zeigen. Jede Linie repräsentiert die MTF bei einer anderen Objektentfernung. Für das Beispiel von 3 war die verwendete doppelbrechende Vorrichtung 106 eine Phasenmaske mit Apertur F/4, vier konzentrischen Ringen und einem doppelbrechenden Material mit Δn (das heißt, die Differenz zwischen dem ordentlichen Brechungsindex n_o und dem außerordentlichen Brechungsindex n_e) = 0,054 bei einer Wellenlänge von 530 nm. Das verwendete doppelbrechende Material war ein Flüssigkristallpolymer (Liquid Crystal Polymer - LCP).
4A-D und 5A-D zeigen ebenfalls die Auswirkung des Verwendens einer doppelbrechenden Vorrichtung 106 auf die MTF und die PSF.
4A-D zeigen die Situation, in welcher keine doppelbrechende Vorrichtung 106 verwendet wird. 4A und 4C zeigen die MTF für zwei verschiedene Objektentfernungen (jeweils 60 mm und 35 mm). Jede Linie in den Graphen von 4A und 4C repräsentiert eine andere Wellenlänge sichtbaren Lichts. Hier kann man sehen, dass, wenn die Position eines aufgenommenen Objekts in der Szene von der Fokusposition (in diesem Fall 60 mm, wie in 4A gezeigt ist) zu einer Außerfokusposition geändert wird (in diesem Fall 35 mm, wie in 4C gezeigt ist), es eine signifikante Änderung des Verhaltens der MTF für einige der Wellenlängen gibt. Gleichermaßen kann man sehen, wie in 4B und 4D gezeigt ist, dass, wenn die Position des aufgenommenen Objekts in der Szene von der Fokusposition (60 mm) zu der Außerfokusposition geändert wird (35 mm), es eine signifikante Änderung des Verhaltens der Beugungsintensitätsspreizfunktion (Punktspreizfunktion) gibt. Es gibt nämlich eine Verbreiterung des Unschärfedurchmessers. Dies zeigt die Änderung des Unschärfeniveaus an, wenn die Position eines Objekts in der Szene variiert wird, wenn keine doppelbrechende Vorrichtung auf die beschriebene Weise verwendet wird.
5A-D zeigen die Situation, in welcher eine doppelbrechende Vorrichtung 106 der beschriebenen Art verwendet wird. 5A und 5C zeigen wieder die MTF für zwei verschiedene Objektentfernungen. Jede Linie in dem Graphen repräsentiert eine andere Wellenlänge sichtbaren Lichts. Hier kann man sehen, dass, wenn die Position des aufgenommenen Objekts in der Szene von der Fokusposition (60 mm) zu der Außerfokusposition geändert wird (35 mm), die Änderung des Verhaltens der MTF für jede der Wellenlängen weniger signifikant ist. Gleichermaßen kann man sehen, wie in 5B und 5D gezeigt ist, dass, wenn die Position des aufgenommenen Objekts in der Szene von der Fokusposition (60 mm) zu der Außerfokusposition geändert wird (35 mm), es eine weniger signifikante Änderung des Verhaltens der Beugungsintensitätsspreizfunktion (Punktspreizfunktion) gibt. Es gibt nämlich eine signifikant geringere Verbreiterung des Unschärfedurchmessers. Dies zeigt an, dass die Änderung des Niveaus der Unschärfe mit variierender Position eines Objekts in der Szene abgemildert wird, wenn eine doppelbrechende Vorrichtung auf die beschriebene Weise verwendet wird, womit ermöglicht wird, dass das Niveau der Unschärfe als konstant angesehen wird (selbst für aufgenommene Objekte bei unterschiedlichen Objektentfernungen). Zusätzlich werden an der 35 mm-Defokussierposition weiter höhere Raumfrequenzen mit einem im Vergleich mit der Situation, in welcher keine doppelbrechende Vorrichtung 106 verwendet wird, geringeren Kontrastniveau übertragen.
Für das Beispiel von 5A-D war die doppelbrechende Vorrichtung 106 eine Phasenmaske, die mit einem Endoskop von 10 mm Durchmesser mit einem Aperturdurchmesser von 4 mm verwendet wurde. Die Apertur-Zahl war F/5,9 und die Phasenmaske wies eine Apertur mit einem Durchmesser von 4 mm, 3 konzentrische Ringe, eine Materialdicke von 1 µm und ein Δn = 0,054 bei 530 nm auf. Das verwendete doppelbrechende Material war LCP. Diese Maske wies auch einen zentralen zirkularen Anteil, wie den in 2A und 2B gezeigten zentralen zirkularen Anteil 200, auf, obgleich hier der Unterschied war, dass das doppelbrechende Material des zentralen zirkularen Anteils eine Polarisationsrichtung des ordentlichen Strahls aufzeigte, die unter 45° zu den Polarisationsrichtungen der ordentlichen Strahlen von jedem der konzentrischen Ringe lagen (anstatt 0° oder 90° zu sein, wie es in 2A und 2B der Fall ist). Der Durchmesser des zentralen zirkularen Anteils war 2 mm. Wie erläutert werden wird, ermöglicht dies, ein Endoskop mit 10 mm Durchmesser mit einer 4 mm Apertur (von welcher sich empfangenes Licht durch die konzentrischen Ringe der Maske fortpflanzen sollte, um ein konstantes Unschärfeniveau zu erreichen und somit eine erweiterte Schärfentiefe über einen vorbestimmten Objektentfernungsbereich zu ermöglichen) durch ein Endoskop mit 4 mm Durchmesser mit einer 2 mm Apertur zu ersetzen (welches aufgrund seines kleineren Durchmessers bereits eine ausreichende Schärfentiefe über den vorbestimmten Objektentfernungsbereich aufweist und welcher daher nicht erweitert werden muss), ohne dass die Maske entfernt werden muss.
Dadurch, dass man durch die Verwendung der beschriebenen doppelbrechenden Vorrichtung 106 bei unterschiedlichen Objektentfernungen über ein konstantes Unschärfeniveau (wie beispielsweise durch eine Fokus-Punktspreizfunktion definiert ist) verfügt, wird Nachverarbeiten zum Entfernen der Unschärfe erleichtert. Beispielsweise kann durch den Bildprozessor 108 ein einziges Inversfilter (beispielsweise eine Inverse der Fokus-Punktspreizfunktion) auf das aufgenommene Bild angewandt werden, um die Unschärfe zu entfernen und somit ein Bild mit einer größeren wahrgenommenen Schärfentiefe zu bilden. Die wahrgenommene Schärfentiefe wird derart erweitert, dass alle aufgenommenen Objekte in der Szene, für welche die Unschärfe konstant ist, durch die Verwendung der doppelbrechenden Vorrichtung 106 als fokussiert erscheinen. Eine größere Apertur (geringere F#) kann daher verwendet werden (was folglich eine erhöhte Fokusschärfe (Auflösung) des aufgenommenen Bilds und verringertes Bildrauschen ermöglicht), wohingegen das Problem einer verringerten Schärfentiefe, die sich durch Verwenden einer größeren Apertur ergibt, abgemildert wird.
Es sei angemerkt, dass der Term „konstante Unschärfe“, der sich aus der Verwendung der doppelbrechenden Vorrichtung 106 ergibt, derart aufgefasst werden sollte, dass die Variation des Unschärfeniveaus für verschiedene Objektentfernungen des aufgenommenen Bilds über den gewünschten Objektentfernungsbereich des Benutzers hinweg ausreichend klein ist, so dass, sobald geeignetes Nachverarbeiten zum Entfernen der Unschärfe durch den Bildprozessor 108 auf das Bild angewandt wird, die wahrgenommene Erweiterung der Schärfentiefe für den Benutzer akzeptabel ist. Die wahrgenommene Erweiterung der Schärfentiefe wird für den Benutzer beispielsweise dann akzeptabel sein, wenn alle in dem Bild aufgenommenen Objekte innerhalb der Objektentfernung von Interesse durch den Benutzer als ausreichend fokussiert wahrgenommen werden. Eine geeignete erweiterte Schärfentiefe kann beispielsweise erhalten werden durch Bestimmen einer Schwelle, die für die Änderungsstärke in der MTF und/oder der PSF zwischen zwei vorbestimmten Objektentfernungen repräsentativ ist, und die Unschärfe in dem aufgenommenen Bild nur dann als ausreichend „konstant“ zu akzeptieren, wenn die Änderungsstärke der MTF und/oder der PSF niedriger als die bestimmte Schwelle ist.
6 ist ein spezielles Beispiel, das einen Vergleich der Schärfentiefe eines aufgenommenen Bilds eines Endoskopsystems wie dem in 1 gezeigten zeigt, wenn (a) keine doppelbrechende Vorrichtung oder kein Inversfilter verwendet wird, (b) keine doppelbrechende Vorrichtung aber ein Inversfilter verwendet wird, und (c) sowohl eine doppelbrechende Vorrichtung als auch ein Inversfilter verwendet werden. Die in diesem Fall verwendete doppelbrechende Vorrichtung 106 war eine Phasenmaske mit denselben Charakteristika wie denen der zum Erzeugen von 5A-D verwendeten Phasenmaske. In diesem Fall wurde bestimmt, dass eine Unschärfenbreite einer Schwarz-Weiß-Kante in dem aufgenommenen Bild von 4 Pixel (Pixelabstand = 1,85 µm) ausreichend dafür war, dass ein Objekt als ausreichend fokussiert und somit als innerhalb der wahrgenommenen Schärfentiefe befindlich eingeordnet wird. Man sieht in 6, dass für eine Situation (a) (wenn keine doppelbrechende Vorrichtung oder kein Inversfilter verwendet wurde), die Schärfentiefe (durch die Pfeile 600A angedeutet) 14 mm betrug. Für Situation (b) (wenn keine doppelbrechende Vorrichtung aber ein Inversfilter verwendet wurde) betrug die Schärfentiefe (durch die Pfeile 600B angedeutet) 39 mm (ungefähr 2,8 x die Schärfentiefe von Situation (a)). Für Situation (c) (wenn sowohl eine doppelbrechende Vorrichtung als auch ein Inversfilter verwendet wurden) betrug die Schärfentiefe (durch die Pfeile 600C angedeutet) 158 mm (ungefähr 8 x die Schärfentiefe von Situation (a)). Die Effektivität der vorliegenden Technik beim Erweitern der Schärfentiefe wird durch 6 veranschaulicht.
Tabelle 1 zeigt die Charakteristika einer bestimmten doppelbrechenden Vorrichtung 106 gemäß der vorliegenden Technik. Die doppelbrechende Vorrichtung ist eine Phasenmaske mit einem 4 mm Aperturdurchmesser (was diese zur Verwendung mit einem Endoskop mit einem Durchmesser von 10 mm mit einem 4 mm Aperturdurchmesser geeignet macht) mit drei konzentrischen doppelbrechenden Ringen und einem zentralen zirkularen Anteil. Der zentrale zirkulare Anteil und die drei konzentrischen Ringe setzen Doppelbrechung jeweils so ein, dass sich die Polarisationsrichtung des ordentlichen Strahls für den zentralen zirkularen Anteil und jeden nachfolgenden Ring um 90° ändert, wenn man sich aus dem Zentrum der Maske zu deren Außenkante bewegt. Die in Tabelle 1 beschriebene doppelbrechende Vorrichtung wies eine Dicke von ungefähr 3 µm und Δn = 0,054 bei 530 nm auf. Das verwendete doppelbrechende Material war LCP. Diese doppelbrechende Vorrichtung erwies sich in Kombination mit geeigneter Nachverarbeitung zum Liefern einer größeren Schärfentiefe in unter Verwendung einer kleinen F# aufgenommenen Bildern als besonders effektiv. Tabelle 1

Zentraler Zirkularer Anteil Ring1 Ring2 Ring3

Relativ (zu Ring3-Radius) 0,47 0,56 0,60 1

Absolute Entfernung vom Zentrum in mm 0,96 1,15 1,23 2,05

Ringbreite in mm 0,19 0,09 0,82
Es sei angemerkt, dass die Werte „relativ (zu Ring 3-Radius)“ und „absolute Entfernung von dem Zentrum“ mit Bezug auf den äußeren Radius des passenden Rings gemessen sind. Es versteht sich ebenso, dass die in Tabelle 1 gezeigten Charakteristika lediglich Beispielcharakteristika einer doppelbrechenden Vorrichtung sind, welche mit der vorliegenden Technik verwendet werden kann, und dass Fachleute diese Charakteristika gemäß den Eigenschaften des Systems (wie etwa einem Endoskop), mit welchem die doppelbrechende Vorrichtung verwendet werden soll, variieren kann.
Im Allgemeinen zeigte sich, dass die vorliegende Technik insbesondere effektiv ist, wenn sie mit Endoskopen mit einem Außendurchmesser von zwischen 4-10 mm (und Apertur 2-4 mm) und beliebiger Länge einer Teleskopstange (insbesondere 150-350mm) verwendet wird. Die vorliegende Technik ist auch insbesondere effektiv, wenn sie mit einer Endoskop-Brennweite von 2-5mm, einem F/# von F/2-F/8, einer Bildhöhe am Sensor von 6-9 mm und einem Sensorpixelabstand von 1-2 µm verwendet wird.
Es sei angemerkt, dass Verwenden einer doppelbrechenden Vorrichtung mit einem zentralen zirkularen Anteil, welcher Doppelbrechung mit einer Polarisationsrichtung des ordentlichen Strahls, die sich von der von jedem der konzentrischen doppelbrechenden Ringe unterscheidet (wie etwa unter 45° zu den Polarisationsrichtungen des ordentlichen Strahls von jedem der konzentrischen Ringe, wie es etwa mit der zum Erzeugen der 5A-D und 6 und Tabelle 1 verwendeten doppelbrechenden Vorrichtung der Fall war), im Allgemeinen erlaubt, dass die doppelbrechende Vorrichtung als Teil der optischen Vorrichtung 100 an ihrem Platz verbleibt, selbst wenn das Instrument (wie etwa Endoskop 114), durch welches Licht in die optische Vorrichtung 100 eintritt, geändert wird. Beispielsweise erlaubt die zentrale Apertur, dass ein Endoskop mit größerem Durchmesser (wie etwa ein 10 mm Endoskop mit einer 4 mm Apertur, für welches für eine bestimmte Anwendung eine erweiterte Schärfentiefe erforderlich ist) durch ein Endoskop mit kleinerem Durchmesser ersetzt wird (wie etwa ein 4 mm Endoskop mit einer 2 mm Apertur, für welches für die bestimmte Anwendung keine erweiterte Schärfentiefe erforderlich ist), und umgekehrt, ohne die Notwendigkeit zum Entfernen oder Ändern der doppelbrechenden Vorrichtung. Dies verringert die zum Wechseln des Endoskops erforderliche Zeit. Solche Zeitersparnis ist insbesondere für medizinische Endoskope, insbesondere für Operationsendoskope, von Nutzen, da sie erlaubt, die Operationszeit zu verkürzen. Es sei angemerkt, dass die Endoskope mit größerem und kleinerem Durchmesser jeweils beliebige für die spezielle Anwendung geeignete Durchmesser aufweisen können. In jedem Fall können die Charakteristika der doppelbrechenden Vorrichtung derart ausgewählt werden, dass die Unschärfe des Endoskops mit großem Durchmesser über den vorbestimmten Objektentfernungsbereich hinweg durch die doppelbrechende Vorrichtung beeinträchtigt wird, die Unschärfe des Endoskops mit kleinerem Durchmesser über den vorbestimmten Objektentfernungsbereich hinweg aber nicht durch die doppelbrechende Vorrichtung beeinträchtigt wird. Dies ist nützlich, wenn die kleinere Apertur solcher Endoskope bedeutet, dass die Schärfentiefe bereits ausreichend groß ist und es somit nicht nötig ist, dass die unter Verwendung solcher Endoskope aufgenommenen Bilder durch die doppelbrechende Vorrichtung oder den Bildprozessor 108 abgeändert werden. Es sei angemerkt, dass Absehen von derartiger unnötiger Bildänderung dabei hilft, die Qualität der unter Verwendung solcher Endoskope mit kleiner Apertur aufgenommenen Bilder beizubehalten.
Zwecks Vollständigkeit ist in 7A und 7B ein schematisches Diagramm einer doppelbrechenden Vorrichtung 106 mit und ohne einen zentralen zirkularen Anteil 200' mit einer Polarisationsrichtung des ordentlichen Strahls gezeigt, die sich von der von jedem der konzentrischen doppelbrechenden Ringe unterscheidet. 7A zeigt eine doppelbrechende Vorrichtung 106 mit einem derartigen zentralen zirkularen Anteil 200'. Der Durchmesser d_innen der Zentralapertur ist derart eingestellt, dass Licht, das von einem Endoskop mit einem Aperturdurchmesser kleiner oder gleich d_innen aufgenommen wird, durch den zentralen zirkularen Anteil 200' maskiert wird, aber nicht die mehreren konzentrischen Ringe. Andererseits ist der Durchmesser d_außen der doppelbrechenden Vorrichtung derart eingestellt, dass Licht, das von einem Endoskop mit einem größeren Aperturdurchmesser aufgenommen wird, sowohl durch den zentralen zirkularen Anteil 200' als auch die mehreren konzentrischen Ringe maskiert wird (wie zuvor erörtert liefern die mehreren konzentrischen Ringe das konstante Unschärfeniveau, um somit eine erweiterte Schärfentiefe zu ermöglichen). Bei einer Ausführungsform (wie etwa die zum Erzeugen von 5A-D und 6 verwendete), d_innen = 2 mm und d_außen = 4 mm, wird somit eine erweiterte Schärfentiefe für Endoskope mit 10 mm Durchmesser (mit einer 4 mm Apertur) aber nicht für Endoskope mit 4 mm Durchmesser (mit einer 2 mm Apertur) bereitgestellt. Es sei angemerkt, dass in 7A die konzentrischen doppelbrechenden Ringe nur in dem Anteil 106A der doppelbrechenden Vorrichtung 106 vorhanden sind, welcher zwischen den Durchmessern d_innen und d_außen definiert ist. 7B zeigt eine doppelbrechende Vorrichtung 106 ohne einen zentralen zirkularen Anteil 200' mit einer Polarisationsrichtung des ordentlichen Strahls, die sich von der von jedem der konzentrischen doppelbrechenden Ringe unterscheidet. In diesem Fall können die konzentrischen doppelbrechenden Ringe über den gesamten Durchmesser d der doppelbrechenden Vorrichtung hinweg vorhanden sein und ein zentraler zirkularer Anteil 200 wie der in 2A und 2B (in welchen die Polarisationsrichtung des ordentlichen Strahls bei 0° oder 90° zu der von jedem der konzentrischen Ringe liegt) gezeigte, ist vorhanden. Die doppelbrechende Vorrichtung von 7B erlaubt keine Unterscheidung zwischen Endoskopen mit größerem Durchmesser und Endoskopen mit kleinerem Durchmesser auf dieselbe Weise, wie sie durch die doppelbrechende Vorrichtung von 7A vorgenommen wird. Daher ermöglicht die doppelbrechende Vorrichtung von 7B nicht, dass eine erweiterte Schärfentiefe selektiv auf Endoskope mit verschiedenen Durchmessern angewandt wird (was mit der doppelbrechenden Vorrichtung von 7A möglich ist.).
8 zeigt ein Flussdiagramm, das schematisch einen Prozess gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Technik veranschaulicht. Der Prozess startet bei Schritt 700. In Schritt 702 steuert die Steuerung 112 den Bildsensor 102, ein Bild der Szene aufzunehmen. Die doppelbrechende Vorrichtung 106 ist entlang eines optischen Wegs zwischen der Szene und dem Bildsensor positioniert. Die doppelbrechende Vorrichtung umfasst doppelbrechendes Material, das in mehreren konzentrischen Ringen angeordnet ist. Das doppelbrechende Material von jedem der konzentrischen Ringe ist derart ausgestaltet, dass sich die Polarisationsrichtungen eines ordentlichen Strahls und eines außerordentlichen Strahls von Licht von der Szene, welches sich durch das doppelbrechende Material fortbewegt, für mindestens zwei der konzentrischen Ringe unterscheiden. Dies führt dazu, dass das aufgenommene Bild der Szene über einen vorbestimmten Objektentfernungsbereich hinweg in der Szene ein konstantes Unschärfeniveau aufzeigt. Die Unschärfe kann durch eine Fokus-Punktspreizfunktion repräsentiert sein. Bei einer Ausführungsform unterscheiden sich die Polarisationsrichtungen des ordentlichen Strahls und des außerordentlichen Strahls für die mindestens zwei der mehreren konzentrischen Ringe um 90°. In Schritt 704 steuert die Steuerung 112 den Bildprozessor 108 zum Verarbeiten des aufgenommenen Bilds, um ein Ausgangsbild zu erzeugen. Dieses Verarbeiten entfernt das konstante Unschärfeniveau aus dem aufgenommenen Bild. Das Verarbeiten kann beispielsweise Anwenden einer Inversen der Fokus-Punktspreizfunktion auf das aufgenommene Bild umfassen. Der Prozess endet dann bei Schritt 706.
Verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung sind durch die folgenden nummerierten Klauseln definiert:

1. Eine Bildgebungsvorrichtung zur Verwendung mit einem Endoskop, wobei die Bildgebungsvorrichtung Folgendes umfasst:
- eine Linsenanordnung, die betreibbar ist zum Empfangen von Licht von einer Szene, die von dem Endoskop aufgenommen wird, und zum Bilden eines Bilds der Szene unter Verwendung des empfangenen Lichts;
- einen Bildsensor, der betreibbar ist zum Aufnehmen des Bilds der Szene, das von der Linsenanordnung gebildet wird;
- eine doppelbrechende Vorrichtung, die entlang eines optischen Wegs zwischen dem Endoskop und dem Bildsensor positioniert ist, wobei die doppelbrechende Vorrichtung doppelbrechendes Material umfasst, das in mehreren konzentrischen Ringen angeordnet ist, und wobei das doppelbrechende Material von jedem der konzentrischen Ringe derart ausgestaltet ist, dass sich die Polarisationsrichtungen eines ordentlichen Strahls und eines außerordentlichen Strahls von Licht von der Szene, welches sich durch das doppelbrechende Material fortbewegt, für mindestens zwei der mehreren konzentrischen Ringe unterscheiden; und
- einen Bildprozessor, der betreibbar ist zum Verarbeiten des aufgenommenen Bilds, um ein Ausgabebild zu erzeugen.
2. Die Bildgebungsvorrichtung nach Klausel 1, wobei sich die Polarisationsrichtungen des ordentlichen Strahls und des außerordentlichen Strahls für die mindestens zwei der mehreren konzentrischen Ringe um 90° unterscheiden.
3. Die Bildgebungsvorrichtung nach Klausel 2, wobei die doppelbrechende Vorrichtung einen zentralen zirkularen Anteil umfasst, der zu jedem der konzentrischen Ringe konzentrisch ist und der einen Durchmesser aufweist, so dass der zentrale zirkulare Anteil innerhalb eines Innendurchmessers von jedem der konzentrischen Ringe liegt, wobei ein doppelbrechendes Material des zentralen zirkularen Anteils derart ausgelegt ist, dass sich die Polarisationsrichtungen des ordentlichen Strahls und des außerordentlichen Strahls für den zentralen zirkularen Anteil von den Polarisationsrichtungen des ordentlichen Strahls und des außerordentlichen Strahls für jeden der mehreren konzentrischen Ringe unterscheiden.
4. Die Bildgebungsvorrichtung nach Klausel 3, wobei sich die Polarisationsrichtungen des ordentlichen Strahls und des außerordentlichen Strahls für den zentralen zirkularen Anteil von den Polarisationsrichtungen des ordentlichen Strahls und des außerordentlichen Strahls für jeden der mehreren konzentrischen Ringe um 45° unterscheiden.
5. Die Bildgebungsvorrichtung nach Klausel 3 oder 4, wobei:
- ein Innendurchmesser und ein Außendurchmesser von jedem der mehreren konzentrischen Ringe und ein Durchmesser des zentralen zirkularen Anteils derart ausgelegt sind, dass:
  - Licht, das durch ein erstes Endoskop mit einem größeren Durchmesser eingefangen wird, durch den zentralen zirkularen Anteil und die mehreren konzentrischen Ringe maskiert wird; und
  - Licht, das durch ein zweites Endoskop mit einem kleineren Durchmesser eingefangen wird, nur durch den zentralen zirkularen Anteil maskiert wird.
6. Die Bildgebungsvorrichtung nach einer vorhergehenden Klausel, wobei die doppelbrechende Vorrichtung entlang eines optischen Wegs zwischen dem Endoskop und der Linsenanordnung positioniert ist.
7. Die Bildgebungsvorrichtung nach einer der Klauseln 1 bis 5, wobei die doppelbrechende Vorrichtung in einer Pupillenebene der Linsenanordnung positioniert ist.
8. Die Bildgebungsvorrichtung nach einer vorhergehenden Klausel, wobei der Bildprozessor betreibbar ist zum Anwenden von Verarbeiten auf das aufgenommene Bild, um Unschärfe aus dem aufgenommenen Bild zu entfernen, wobei die Unschärfe über einen vorbestimmten Objektentfernungsbereich hinweg in dem aufgenommenen Bild konstant ist, gemäß einem oder mehreren Charakteristika der doppelbrechenden Vorrichtung.
9. Die Bildgebungsvorrichtung nach Klausel 8, wobei die Unschärfe durch eine Fokus-Punktspreizfunktion definiert ist und das Verarbeiten Anwenden einer Inversen der Fokus-Punktspreizfunktion auf das aufgenommene Bild umfasst.
10. Die Bildgebungsvorrichtung nach einer vorhergehenden Klausel, wobei das Endoskop ein medizinisches Endoskop ist.
11. Ein System, das eine optische Vorrichtung nach einer vorhergehenden Klausel und ein Endoskop umfasst, ausgelegt zum Einfangen von Licht von der Szene zur Verwendung durch die Linsenanordnung der Bildgebungsvorrichtung beim Bilden eines Bilds der Szene auf dem Bildsensor der Bildgebungsvorrichtung.
12. Eine doppelbrechende Vorrichtung zur Verwendung mit einer Bildgebungsvorrichtung nach einer vorhergehenden Klausel, wobei die doppelbrechende Vorrichtung entlang eines optischen Wegs zwischen einem Endoskop zum Einfangen von Licht von einer Szene und einem Bildsensor der Bildgebungsvorrichtung, auf welchem ein Bild der Szene unter Verwendung des eingefangenen Lichts gebildet wird, positionierbar ist, wobei die doppelbrechende Vorrichtung doppelbrechendes Material, das in mehreren konzentrischen Ringen angeordnet ist, umfasst, und wobei das doppelbrechende Material von jedem der konzentrischen Ringe derart ausgestaltet ist, dass sich die Polarisationsrichtungen eines ordentlichen Strahls und eines außerordentlichen Strahls von Licht von der Szene, welches sich durch das doppelbrechende Material fortbewegt, für mindestens zwei der mehreren konzentrischen Ringe unterscheiden; wobei:
- sich die Polarisationsrichtungen des ordentlichen Strahls und des außerordentlichen Strahls für die mindestens zwei der mehreren konzentrischen Ringe um 90° unterscheiden; und
- die doppelbrechende Vorrichtung einen zentralen zirkularen Anteil umfasst, der zu jedem der konzentrischen Ringe konzentrisch ist und der einen Durchmesser aufweist, so dass der zentrale zirkulare Anteil innerhalb eines Innendurchmessers von jedem der konzentrischen Ringe liegt, wobei das doppelbrechende Material des zentralen zirkularen Anteils derart ausgelegt ist, dass sich die Polarisationsrichtungen des ordentlichen Strahls und des außerordentlichen Strahls für den zentralen zirkularen Anteil von den Richtungen der Polarisationsrichtungen des ordentlichen Strahls und des außerordentlichen Strahls für jeden der mehreren konzentrischen Ringe unterscheiden.
13. Eine doppelbrechende Vorrichtung nach Klausel 12, wobei sich die Polarisationsrichtungen des ordentlichen Strahls und des außerordentlichen Strahls für den zentralen zirkularen Anteil von den Polarisationsrichtungen des ordentlichen Strahls und des außerordentlichen Strahls für jeden der mehreren konzentrischen Ringe um 45° unterscheiden.
14. Eine doppelbrechende Vorrichtung nach Klausel 10 oder 11, wobei:
- ein Innendurchmesser und ein Außendurchmesser von jedem der mehreren konzentrischen Ringe und ein Durchmesser des zentralen zirkularen Anteils derart ausgelegt sind, dass:
  - Licht, das durch ein erstes Endoskop mit einem größeren Durchmesser eingefangen wird, durch den zentralen zirkularen Anteil und die mehreren konzentrischen Ringe maskiert wird; und
  - Licht, das durch ein zweites Endoskop mit einem kleineren Durchmesser eingefangen wird, nur durch den zentralen zirkularen Anteil maskiert wird.
15. Ein Verfahren zum Aufnehmen eines Bilds einer Szene, wobei das Verfahren Folgendes umfasst:
- Aufnehmen eines Bilds der Szene unter Verwendung eines Bildsensors, wobei das Bild der Szene durch eine Linsenanordnung unter Verwendung von durch ein Endoskop eingefangenem Licht von der Szene auf dem Bildsensor gebildet wird, wobei eine doppelbrechende Vorrichtung entlang eines optischen Wegs zwischen dem Endoskop und dem Bildsensor positioniert ist, wobei die doppelbrechende Vorrichtung doppelbrechendes Material umfasst, das in mehreren konzentrischen Ringen angeordnet ist, und wobei das doppelbrechende Material von jedem der konzentrischen Ringe derart ausgestaltet ist, dass sich die Polarisationsrichtungen eines ordentlichen Strahls und eines außerordentlichen Strahls von Licht von der Szene, welches sich durch das doppelbrechende Material fortbewegt, für mindestens zwei der mehreren konzentrischen Ringe unterscheiden; und
- Verarbeiten des aufgenommenen Bilds, um ein Ausgangsbild zu erzeugen.
16. Ein Aufzeichnungsmedium, das ein Computerprogramm zum Steuern eines Computers, ein Verfahren nach Klausel 15 durchzuführen, umfasst.

Im Lichte der obigen Lehren sind offensichtlich zahlreiche Modifikationen und Varianten der vorliegenden Offenbarung möglich. Es versteht sich somit, dass die Offenbarung innerhalb des Schutzumfangs der angehängten Ansprüche auf andere als die hier spezifisch beschriebene Weise ausgeübt werden kann.
Insofern, wie Ausführungsformen der Offenbarung zumindest teilweise als in einer durch Software gesteuerten Datenverarbeitungsvorrichtung implementiert beschrieben wurden, versteht es sich, dass ein nicht flüchtiges maschinenlesbares Medium, das solche Software trägt, wie etwa eine optische Disk, eine magnetische Disk, ein Halbleiterspeicher oder dergleichen, ebenfalls als eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung repräsentierend angesehen wird.
Es versteht sich, dass die obige Beschreibung zur Klarheit Ausführungsformen mit Bezug auf verschiedene funktionale Einheiten, Schaltungsanordnungen und/oder Prozessoren beschrieben hat. Allerdings leuchtet es ein, dass eine beliebige Verteilung von Funktionalität zwischen verschiedenen funktionalen Einheiten, Schaltungsanordnungen und/oder Prozessoren verwendet werden kann, ohne von den Ausführungsformen abzuweichen.
Beschriebene Ausführungsformen können in beliebiger geeigneter Form implementiert werden, einschließlich Hardware, Software, Firmware oder irgendeiner Kombination davon. Beschriebene Ausführungsformen können optional zumindest teilweise als Computersoftware implementiert werden, die auf einem oder mehreren Datenprozessoren und/oder digitalen Signalprozessoren läuft. Die Elemente und Komponenten einer beliebigen Ausführungsform können physisch, funktional und logisch auf beliebige geeignete Weise implementiert werden. Tatsächlich kann die Funktionalität in einer einzigen Einheit, in mehrere Einheiten oder als Teil anderer funktionaler Einheiten implementiert werden. Von daher können die offenbarten Ausführungsformen in einer Einzeleinheit implementiert werden oder können physisch und funktional zwischen verschiedenen Einheiten, Schaltungsanordnungen und/oder Prozessoren verteilt werden.
Obgleich die vorliegende Offenbarung in Verbindung mit einigen Ausführungsformen beschrieben wurde, ist nicht beabsichtigt, dass sie durch die hier dargelegte spezifische Form beschränkt wird. Obgleich ein Merkmal in Verbindung mit bestimmten Ausführungsformen beschrieben erscheinen kann, würde ein Fachmann zusätzlich erkennen, dass verschiedene Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen auf beliebige geeignete Weise zum Implementieren der Technik kombiniert werden können.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 2012/0281280 A1 [0010]

Claims

Bildgebungsvorrichtung zur Verwendung mit einem Endoskop, wobei die Bildgebungsvorrichtung Folgendes umfasst: eine Linsenanordnung, die betreibbar ist zum Empfangen von Licht von einer Szene, die von dem Endoskop aufgenommen wird, und zum Bilden eines Bilds der Szene unter Verwendung des empfangenen Lichts; einen Bildsensor, der betreibbar ist zum Aufnehmen des Bilds der Szene, das von der Linsenanordnung gebildet wird; eine doppelbrechende Vorrichtung, die entlang eines optischen Wegs zwischen dem Endoskop und dem Bildsensor positioniert ist, wobei die doppelbrechende Vorrichtung doppelbrechendes Material umfasst, das in mehreren konzentrischen Ringen angeordnet ist, und wobei das doppelbrechende Material von jedem der konzentrischen Ringe derart ausgestaltet ist, dass sich die Polarisationsrichtungen eines ordentlichen Strahls und eines außerordentlichen Strahls von Licht von der Szene, welches sich durch das doppelbrechende Material fortbewegt, für mindestens zwei der mehreren konzentrischen Ringe unterscheiden; und einen Bildprozessor, der betreibbar ist zum Verarbeiten des aufgenommenen Bilds, um ein Ausgabebild zu erzeugen.
Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei sich die Polarisationsrichtungen des ordentlichen Strahls und des außerordentlichen Strahls für die mindestens zwei der mehreren konzentrischen Ringe um 90° unterscheiden.
Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die doppelbrechende Vorrichtung einen zentralen zirkularen Anteil umfasst, der zu jedem der konzentrischen Ringe konzentrisch ist und der einen Durchmesser aufweist, so dass der zentrale zirkulare Anteil innerhalb eines Innendurchmessers von jedem der konzentrischen Ringe liegt, wobei ein doppelbrechendes Material des zentralen zirkularen Anteils derart ausgelegt ist, dass sich die Polarisationsrichtungen des ordentlichen Strahls und des außerordentlichen Strahls für den zentralen zirkularen Anteil von den Polarisationsrichtungen des ordentlichen Strahls und des außerordentlichen Strahls für jeden der mehreren konzentrischen Ringe unterscheiden.
Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei sich die Polarisationsrichtungen des ordentlichen Strahls und des außerordentlichen Strahls für den zentralen zirkularen Anteil von den Polarisationsrichtungen des ordentlichen Strahls und des außerordentlichen Strahls für jeden der mehreren konzentrischen Ringe um 45° unterscheiden.
Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei: ein Innendurchmesser und ein Außendurchmesser von jedem der mehreren konzentrischen Ringe und ein Durchmesser des zentralen zirkularen Anteils derart ausgelegt sind, dass: Licht, das durch ein erstes Endoskop mit einem größeren Durchmesser eingefangen wird, durch den zentralen zirkularen Anteil und die mehreren konzentrischen Ringe maskiert wird; und Licht, das durch ein zweites Endoskop mit einem kleineren Durchmesser eingefangen wird, nur durch den zentralen zirkularen Anteil maskiert wird.
Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die doppelbrechende Vorrichtung entlang eines optischen Wegs zwischen dem Endoskop und der Linsenanordnung positioniert ist.
Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die doppelbrechende Vorrichtung in einer Pupillenebene der Linsenanordnung positioniert ist.
Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Bildprozessor betreibbar ist zum Anwenden von Verarbeiten auf das aufgenommene Bild, um Unschärfe aus dem aufgenommenen Bild zu entfernen, wobei die Unschärfe über einen vorbestimmten Objektentfernungsbereich hinweg in dem aufgenommenen Bild konstant ist, gemäß einem oder mehreren Charakteristika der doppelbrechenden Vorrichtung.
Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Unschärfe durch eine Fokus-Punktspreizfunktion definiert ist und das Verarbeiten Anwenden einer Inversen der Fokus-Punktspreizfunktion auf das aufgenommene Bild umfasst.
Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Endoskop ein medizinisches Endoskop ist.
System, das eine optische Vorrichtung nach Anspruch 1 und ein Endoskop umfasst, ausgelegt zum Einfangen von Licht von der Szene zur Verwendung durch die Linsenanordnung der Bildgebungsvorrichtung beim Bilden eines Bilds der Szene auf dem Bildsensor der Bildgebungsvorrichtung.
Doppelbrechende Vorrichtung zur Verwendung mit einer Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die doppelbrechende Vorrichtung entlang eines optischen Wegs zwischen einem Endoskop zum Einfangen von Licht von einer Szene und einem Bildsensor der Bildgebungsvorrichtung, auf welchem ein Bild der Szene unter Verwendung des eingefangenen Lichts gebildet wird, positionierbar ist, wobei die doppelbrechende Vorrichtung doppelbrechendes Material, das in mehreren konzentrischen Ringen angeordnet ist, umfasst, und wobei das doppelbrechende Material von jedem der konzentrischen Ringe derart ausgestaltet ist, dass sich die Polarisationsrichtungen eines ordentlichen Strahls und eines außerordentlichen Strahls von Licht von der Szene, welches sich durch das doppelbrechende Material fortbewegt, für mindestens zwei der mehreren konzentrischen Ringe unterscheiden; wobei: sich die Polarisationsrichtungen des ordentlichen Strahls und des außerordentlichen Strahls für die mindestens zwei der mehreren konzentrischen Ringe um 90° unterscheiden; und die doppelbrechende Vorrichtung einen zentralen zirkularen Anteil umfasst, der zu jedem der konzentrischen Ringe konzentrisch ist und der einen Durchmesser aufweist, so dass der zentrale zirkulare Anteil innerhalb eines Innendurchmessers von jedem der konzentrischen Ringe liegt, wobei das doppelbrechende Material des zentralen zirkularen Anteils derart ausgelegt ist, dass sich die Polarisationsrichtungen des ordentlichen Strahls und des außerordentlichen Strahls für den zentralen zirkularen Anteil von den Richtungen der Polarisationsrichtungen des ordentlichen Strahls und des außerordentlichen Strahls für jeden der mehreren konzentrischen Ringe unterscheiden.
Doppelbrechende Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei sich die Polarisationsrichtungen des ordentlichen Strahls und des außerordentlichen Strahls für den zentralen zirkularen Anteil von den Polarisationsrichtungen des ordentlichen Strahls und des außerordentlichen Strahls für jeden der mehreren konzentrischen Ringe um 45° unterscheiden.
Doppelbrechende Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei: ein Innendurchmesser und ein Außendurchmesser von jedem der mehreren konzentrischen Ringe und ein Durchmesser des zentralen zirkularen Anteils derart ausgelegt sind, dass: Licht, das durch ein erstes Endoskop mit einem größeren Durchmesser eingefangen wird, durch den zentralen zirkularen Anteil und die mehreren konzentrischen Ringe maskiert wird; und Licht, das durch ein zweites Endoskop mit einem kleineren Durchmesser eingefangen wird, nur durch den zentralen zirkularen Anteil maskiert wird.
Verfahren zum Aufnehmen eines Bilds einer Szene, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Aufnehmen eines Bilds der Szene unter Verwendung eines Bildsensors, wobei das Bild der Szene durch eine Linsenanordnung unter Verwendung von durch ein Endoskop eingefangenem Licht von der Szene auf dem Bildsensor gebildet wird, wobei eine doppelbrechende Vorrichtung entlang eines optischen Wegs zwischen dem Endoskop und dem Bildsensor positioniert ist, wobei die doppelbrechende Vorrichtung doppelbrechendes Material umfasst, das in mehreren konzentrischen Ringen angeordnet ist, und wobei das doppelbrechende Material von jedem der konzentrischen Ringe derart ausgestaltet ist, dass sich die Polarisationsrichtungen eines ordentlichen Strahls und eines außerordentlichen Strahls von Licht von der Szene, welches sich durch das doppelbrechende Material fortbewegt, für mindestens zwei der mehreren konzentrischen Ringe unterscheiden; und Verarbeiten des aufgenommenen Bilds, um ein Ausgangsbild zu erzeugen.
Aufzeichnungsmedium, das ein Computerprogramm zum Steuern eines Computers, ein Verfahren nach Anspruch 15 durchzuführen, umfasst.