DE202014011527U1

DE202014011527U1 - Objektvergrösserer und Aufnahmevorrichtung zur Abbildung eines Objektes

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Publication number: DE202014011527U1
Application number: DE202014011527.3U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-12-19
Filing date: 2014-06-18
Publication date: 2021-12-01
Anticipated expiration: 2024-06-19
Also published as: WO2015089677A1; WO2015090632A1; DE112014005765A5; CH710740B1

Abstract

Aufnahmevorrichtung (1) zur Abbildung eines Objektes, umfassend eine Aufnahmeeinheit (11), wobei das Objekt im Wesentlichen auf zwei optischen Pfaden (111, 112) mit jeweils einem Winkel (α, β) zur optischen Achse (10) abgebildet wird, wobei jedem optischen Pfad (111, 112) ein Bildebene (110) zugeordnet ist, welche Bildebene (110) vorzugsweise ein oder mehrere lichtempfindliche Elemente (112), vorzugsweise CCD-Sensoren oder CMOS-Sensoren, umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Winkel (α, β) der optischen Pfade zur optischen Achse (10) einstellbar sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Objektvergrösserer und eine Aufnahmevorrichtung zur Abbildung eines Objektes gemäss den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche.
Aufnahmevorrichtungen und Objektvergrösserer werden vorzugsweise im medizinischen Bereich, und insbesondere während Operationen eingesetzt. Aus dem Stand der Technik sind unterschiedliche Vorrichtungen bekannt, um Ärzte und Chirurgen bei Operationen zu unterstützen, und/oder einen Gegenstand oder einen zu operierenden Bereich vergrössert darzustellen.
Mit der US 6,525,878 wurde beispielsweise ein System bekannt, welches es einem operierenden Chirurgen und seinem Assistenten ermöglicht, unterschiedliche Positionen in Bezug auf den zu operierenden Bereich einzunehmen. Die Vorrichtung aus der US 6,525,878 stellt zudem ein dreidimensionales Bild zur Verfügung. Sowohl dem Chirurgen als auch dem Assistenten wird das identische Bild zur Verfügung gestellt. Die Vorrichtung umfasst ein System aus Linsen und Prismen, welche entlang einer optischen Achse aufgereiht sind und welche das abzubildende Objekt in unterschiedliche Kanäle aufteilt. Diese Vorrichtung ist aufwendig in der Fertigung und in der Wartung. Eine Vielzahl an optischen Elementen wie Linsen und Prismen wird benötigt, um die entsprechenden Abbilder in dem Chirurgen und dem Assistenten zugeordneten Bildwiedergabevorrichtungen abzubilden.
Es ist Aufgabe der Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zu beheben. Insbesondere soll eine Vorrichtung zur Verfügung gestellt werden, welche es ermöglicht, dass Chirurg und Assistent unabhängig voneinander arbeiten können. Die Vorrichtung soll es ausserdem ermöglichen, sowohl dem Chirurgen als auch dem Assistenten eine Arbeitsposition zur Verfügung zu stellen, welche Ermüdungserscheinungen, hervorgerufen durch eine unnatürliche Arbeitshaltung oder Arbeitsposition, unterbindet.
Diese Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Ansprüchen definierten Vorrichtungen gelöst. Weitere Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Eine erfindungsgemässe Aufnahmevorrichtung zur Abbildung eines Objektes umfasst eine Aufnahmeeinheit mit einer optischen Achse. Das Objekt wird im Wesentlichen auf zwei optischen Pfaden mit jeweils einem Winkel zur optischen Achse abgebildet. Jedem optischen Pfad ist eine Bildebene zugeordnet. Die Bildebene umfasst vorzugsweise eine oder mehrere lichtempfindliche Elemente, wobei die lichtempfindlichen Elemente vorzugsweise CCD-Sensoren oder CMOS-Sensoren sind. Weitere alternative Bildsensoren sind vorstellbar. Die Winkel der optischen Pfade zur optischen Achse sind einstellbar.
Die optische Achse entspricht im Wesentlichen der Richtung, in welcher ein Objekt (gegebenenfalls auf mehreren Bildebenen) abgebildet wird. Die optische Achse ist typischerweise im Bereich des Zentrums der Aufnahmevorrichtung angeordnet. Die optischen Pfade sind die Pfade, in welchen beispielsweise ein linkes und ein rechtes Bild für eine stereoskopische Aufnahme projiziert und abgebildet werden. Die Bildebene ist der Bereich, in dem das Objekt abgebildet wird. Die Bildebene kann auch als selbständiges Bauteil ausgebildet sein.
Eine Aufnahmevorrichtung mit zwei optischen Pfaden ermöglicht ein stereoskopisches Abbild eines Objektes. Die Einstellbarkeit der Winkel der optischen Pfade zur optischen Achse ermöglicht es, unterschiedliche Einstellungen vorzunehmen und ein Objekt unabhängig von seiner Ausgestaltung abzubilden.
Vorzugsweise ist die Aufnahmevorrichtung derart ausgeführt, dass jedem optischen Pfad ein oder mehrere optische Bauelemente zugeordnet sind. Die optischen Bauelemente können vorzugsweise Schutzgläser oder Linsen sein, die in den jeweiligen optischen Pfaden angeordnet sind.
Dies ermöglicht es, die lichtempfindlichen Elemente gegenüber der Umgebung abzudecken und/oder zu schützen. Dies ist insbesondere in Operationssälen von Vorteil, da sowohl die Sensoren von beispielsweise Flüssigkeiten, die bei einer Operation auftreten können, geschützt sind und das zu operierende Objekt ebenfalls vor Staub oder Partikeln, welche sich in und/oder an der Aufnahmevorrichtung befinden können, geschützt ist. Mit einer oder mehreren optischen Linsen ist es möglich, eine Aufnahmevorrichtung bereitzustellen, welche eine optische Grundeinstellung aufweist.
Die optischen Pfade weisen bevorzugt einen Schnittpunkt mit der optischen Achse auf. Der Schnittpunkt definiert eine Gegenstandsebene. Die Gegenstandsebene ist der Bereich der Aufnahmevorrichtung, an dem das Abbild des Gegenstandes aufgenommen wird.
Dies ermöglicht eine genaue und definierte Position der Gegenstandsebene. Durch die Einstellbarkeit der Winkel der optischen Pfade ist es somit beispielsweise möglich, die Gegenstandsebene entlang der optischen Achse zu verschieben. Somit kann die Aufnahmevorrichtung auf unterschiedliche Objekte eingestellt werden, unabhängig davon, ob der Abstand zwischen Aufnahmevorrichtung und Objekt einem vordefinierten Abstand entspricht oder nicht. Eine Verstellbarkeit der Aufnahmevorrichtung entlang der optischen Achse ist nicht nötig und/oder kann vermieden werden.
Vorzugsweise ist durch das Einstellen der Winkel der optischen Pfade die Gegenstandsebene auf eine Arbeitsebene bringbar.
Die Arbeitsebene ist der Bereich, in der der Chirurg beispielsweise eine operative Tätigkeit durchführt und welche abgebildet werden soll.
Dies ermöglicht das einfache Einstellen und Abbilden eines Objektes, unabhängig von dessen Dimension.
Vorzugsweise sind die Winkel der optischen Pfade zur optischen Achse in Abhängigkeit zu einem Abstand der Aufnahmevorrichtung zum Objekt einstellbar. Vorzugsweise ist der Abstand automatisch erfassbar.
Eine automatische Erfassung des Abstandes ermöglicht es, die Winkel der optischen Pfade beispielsweise in einer vorgängig definierten Abhängigkeit einzustellen. Es ist beispielsweise vorstellbar, ein vordefiniertes Offset zwischen Arbeitsebene und Gegenstandsebene beizubehalten, unabhängig davon, welche Dimension das Objekt aufweist oder welcher Abstand zwischen dem Objekt und der Aufnahmevorrichtung tatsächlich vorhanden ist.
Die Aufnahmeeinheit der Aufnahmevorrichtung ist vorzugsweise derart dreh- und/oder schwenkbar gelagert, dass bei einer Drehung und/oder Schwenkung der Aufnahmeeinheit die optische Achse einen Schnittpunkt mit den optischen Pfaden beibehält.
Dies ermöglicht ein unabhängiges Positionieren der Aufnahmevorrichtung, wobei vordefinierte Einstellungen beibehalten werden.
Arbeitsebene und Gegenstandsebene bleiben in Relation zueinander eingestellt.
Die Bildebene der Aufnahmevorrichtung kann derart dreh- und/oder schwenkbar gelagert sein, dass die Winkel der optischen Pfade zur optischen Achse durch Drehen oder Schwenken der Bildebene einstellbar sind.
Dies ermöglicht eine einfache Konfiguration der Aufnahmevorrichtung. Ein leichter Aufbau mit wenigen Teilen ist somit ebenfalls möglich. Eine derartige dreh- und/oder schwenkbare Lagerung ermöglicht es ausserdem, einen vordefinierten Schnittpunkt mit der optischen Achse einzuhalten.
Vorzugsweise sind die Bildebenen zum Einstellen von synchronen Winkeln der optischen Pfade zur optischen Achse bewegungsgekoppelt.
Bewegungsgekoppelt heisst, dass lediglich einer von zwei Winkeln verstellt werden muss, und der andere Winkel automatisch entsprechend des ersten Winkels eingestellt wird. Dies ist beispielsweise über mechanische Bauteile wie Gestänge oder dergleichen möglich. Ebenfalls sind elektronische Bauteile wie Stellmotoren vorstellbar.
Dies ermöglicht das synchrone Einstellen der optischen Pfade, wobei ein Schnittpunkt mit der optischen Achse erhalten bleibt. Ebenfalls ist es möglich, ein vorbestimmtes Offset oder eine Winkelabweichung der optischen Pfade während des Einstellens der Winkel beizubehalten.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft einen Objektvergrösserer, der zwei oder mehr Aufnahmevorrichtungen zur Abbildung eines Objektes entlang einer optischen Achse mit einer Aufnahmeeinheit mit zwei optischen Pfaden mit jeweils einem Winkel zur optischen Achse umfasst. Vorzugsweise umfasst ein derartiger Objektvergrösserer zwei oder mehrere Aufnahmevorrichtungen wie vorliegend beschrieben. Der Winkel zwischen den optischen Achsen der Aufnahmevorrichtungen ist einstellbar.
Ein einstellbarer Winkel zwischen den optischen Achsen ermöglicht das Abbilden eines Objektes in mehreren Perspektiven. Die Aufnahmevorrichtungen können somit individuell gesteuert werden.
Vorzugsweise sind die Winkel der optischen Pfade der Aufnahmeeinheit zur optischen Achse der Aufnahmevorrichtung einstellbar.
Dies ermöglicht ebenfalls das unabhängige Einstellen der optischen Pfade. Dies ist von besonderem Vorteil, da typischerweise der Bereich, in dem operiert wird, nicht flächig ausgebildet ist und beispielsweise unterschiedliche Abstände zum Objektvergrösserer aufweisen kann. Typischerweise führen Chirurg und Assistent während einer Operation unterschiedliche Tätigkeiten aus, wobei beispielsweise unterschiedliche Bereiche des Operationsbereiches im jeweiligen Fokus des jeweiligen Bearbeiters stehen. Assistent und Chirurg können somit individuelle Einstellungen vornehmen und/oder Präferenzen einfliessen lassen. Sowohl für den Chirurgen als auch für den Assistenten sind damit unabhängige Arbeitspositionen realisierbar.
Vorzugsweise sind die Aufnahmeeinheiten des Objektvergrösserers voneinander entkoppelt und besonders bevorzugt dreh- und/oder schwenkbar gelagert.
Dies ermöglicht, wie vorliegend beschrieben, ein unabhängiges Einstellen und Bewegen der Aufnahmeeinheiten.
Vorzugsweise umfasst eine Aufnahmevorrichtung oder ein Objektvergrösserer wie vorliegend beschrieben eine Bildwiedergabevorrichtung zur Wiedergabe des Abbildes des Objekts. Vorzugsweise wird ein in der Bildebene erzeugtes elektrisches Signal, welches das Abbild des Objektes umfasst, an die Bildwiedergabevorrichtung weitergeleitet oder ist weiterleitbar. Das elektrische Signal kann vorzugsweise mit der Aufnahmeeinheit erzeugt werden.
Das Erzeugen eines elektrischen Signals in der Bildebene ermöglicht die Weitergabe des Abbildes auch über weitere Strecken oder Distanzen. Eine direkte Sichtverbindung, wie beispielsweise bei konventionellen Mikroskopen, ist ebenfalls nicht nötig. Aufwendig gefertigte und teure optische Komponenten wie Linsen oder Prismen zur Weitergabe des Abbildes sind nicht nötig oder können vermieden werden. Das elektrische Signal kann beispielsweise in elektrischen Leitungen weitergeleitet werden, eine Umwandlung in ein optisches Signal oder ein Funksignal mit einer drahtlosen Weiterleitung ist ebenfalls vorstellbar.
Die Aufnahmevorrichtung oder der Objektvergrösserer und insbesondere die Bildwiedergabevorrichtung kann zur Stabilisierung des Abbildes einen Bildstabilisator aufweisen.
Stösse oder Schwingungen, welche an der Aufnahmevorrichtung oder am Objektvergrösserer auftreten, können somit reduziert oder unterdrückt oder gefiltert werden. Derartige Bildstabilisatoren können in einer dem Fachmann bekannten Art gefertigt sein.
Jeder Aufnahmeeinheit der Aufnahmevorrichtung oder des Objektvergrösserers kann eine Bildwiedergabevorrichtung zugeordnet sein. Die Aufnahmeeinheit kann derart angeordnet sein oder ist derart anordenbar, dass sich eine zu einer Abbildebene der Bildwiedergabevorrichtung rechtwinklige Achse in einer rechtwinklig zu einer durch die optischen Pfade definierten Ebene auf einer Winkelhalbierenden der optischen Pfade stehenden Ebene erstreckt
Somit sind Bildwiedergabevorrichtung und Aufnahmevorrichtung in einer vordefinierten Position zueinander angeordnet. Dies ermöglicht es ausserdem, die Aufnahmevorrichtung, Aufnahmeeinheit oder die Bildebene entsprechend der Position der Bildwiedergabevorrichtung anzuordnen. Bewegt sich beispielsweise der Chirurg von einer Position in eine nächste Position, wobei er die Bildwiedergabevorrichtung verschiebt oder um den zu operierenden Bereich herum dreht, so ist es möglich, dass sich die Aufnahmeeinheit ebenfalls mitdreht. In der Bildwiedergabevorrichtung wird vorliegend ein winkeltreues Abbild abgebildet. Eine direkte Verbindung mit dem der Aufnahmevorrichtung oder dem Objektvergrösserer ist nicht nötig. Das erneute Positionieren und Einrichten der Aufnahmevorrichtung oder des Objektvergrösserers in Bezug auf das Objekt kann entfallen.
Auf der Bildwiedergabevorrichtung ist vorzugsweise ein partieller Ausschnitt des gesamten Abbildes darstellbar.
Dies ermöglicht beispielsweise, nur einen Bereich des Abbildes in einer vergrösserten Darstellung auf der Bildwiedergabevorrichtung wiederzugeben.
Die Bildwiedergabevorrichtung kann beispielsweise eine Brille mit zwei Monitoren sein, auf welchen jeweils das Abbild einer einzelnen Aufnahmeeinehheit oder einer einzelnen Bildebene wiedergegeben wird. Somit ist stereoskopisches Sehen möglich.
Vorzugsweise ist der partielle Ausschnitt als Teil.des gesamten Abbildes auf der Bildwiedergabevorrichtung schwenk- und/oder verschiebbar. Der Ausschnitt kann sowohl physisch im Bereich der Bildebene als auch virtuell im Bereich der Bildwiedergabevorrichtung verschoben oder verschwenkt werden.
Dies ermöglicht unterschiedliche Detailansichten eines Abbildes, unabhängig davon, wie die Aufnahmevorrichtung oder der Objektvergrösserer in Bezug auf das Objekt eingestellt ist. Der Objektvergrösserer oder die Aufnahmevorrichtung müssen nicht aus ihrer Position gebracht werden.
Der partielle Ausschnitt kann beispielsweise in Abhängigkeit von einer polaren Position (Azimut oder Polarwinkel) der Bildwiedergabevorrichtung zur optischen Achse einstellbar sein. Vorzugsweise sind Bildwiedergabevorrichtungen und der partielle Ausschnitt bewegungsgekoppelt oder bewegungskoppelbar.
Dies ermöglicht das Schwenken oder Positionieren -des partiellen Abschnittes in Abhängigkeit von der Position der Bildwiedergabevorrichtung, ohne dass für jede Verschiebung die Aufnahmevorrichtung oder der Objektvergrösserer und die damit eingestellten Werte rekonditioniert werden müssen.
Der Objektvergrösserer oder die Aufnahmevorrichtung kann vorzugsweise derart gestaltet sein, dass die Bildebene jeweils nur in dem Bereich des partiellen Ausschnitts aktiviert ist.
Vorzugsweise weist die Bildebene eine Auflösung von mindestens 1 Megapixel (Mpx) und vorzuweise 2 Mpx und besonders bevorzugt mehr als 4 Mpx auf.
Dies ermöglicht eine detailgetreue Abbildung des Objektes.
Die Bildebene kann einen Aufnahmebereich von Wellenlängen des Lichtes 200nm bis 1000nm aufweisen.
Dies ermöglicht sowohl die Aufnahme in einem weiten Bereich des Lichtes als auch die Darstellung von für das menschliche Auge nicht sichtbaren Details.
Die Bildebene kann mehrere lichtempfindliche Elemente mit unterschiedlichen Aufnahmebereichen für unterschiedliche Wellenlängen aufweisen. Vorzugsweise sind die Aufnahmebereiche in sichtbares Licht und nicht sichtbares Licht aufgeteilt, wobei das nicht sichtbare Licht oberhalb oder unterhalb des sichtbaren Wellenbereiches des Lichtes in entsprechende Bereiche aufteilbar ist.
Dies ermöglicht den Einsatz von lichtempfindlichen Elementen, welche in bevorzugten Wellenbereichen eine höhere Empfindlichkeit aufweisen.
Weitere Ausführungsformen und mögliche Konstruktionen und Zusammenhänge der Erfindung wie vorliegend beschrieben sind nachfolgend wiedergegeben:

Wie vorliegend erläutert, kann in den Aufnahmeeinrichtungen eine Optik vorgelagert sein. Eine derartige Optik besteht vorzugsweise aus zwei oder mehreren vollständig getrennten Strahlengängen, vorliegend auch optische Pfade genannt, durch die das Objekt um einen bestimmten Winkel im Verhältnis zum Strahlengang aus mindestens zwei verschiedenen Richtungen betrachtet werden kann.

Diese Divergenz, d.h. die Winkel der Strahlengänge, vorliegend auch optische Pfade genannt, ist eine wichtige Eigenschaft des Objektvergrösserers und ist massgeblich für den Komfort sowie die Stereobildqualität verantwortlich und ist ein wesentlicher Vorteil des Geräts, da steuerbare oder regelbare Winkel der Strahlengänge die natürliche Divergenz der menschlichen Augen vor allem beim Sehen in kurzer Distanz unter Im nachbilden oder sich an diese anpassen.
Die Grösse der Divergenz respektive die Winkel der getrennten Strahlengänge, durch die das Objekt aus zwei Richtungen oder bei mehr als zwei Strahlengängen aus mehreren verschiedenen Richtungen betrachtet wird, kann optional eingestellt und/oder gesteuert und/oder geregelt werden.
Die elektronischen Bildsensoren können optional in Richtung des Objekts beweglich sein, und beispielsweise mit Elektromotoren in Richtung des Objekts verschiebbar sein.
Der Objektvergrösserer oder die Aufnahmevorrichtung kann mit einer oder mehreren Lichtquellen ausgebildet sein, welche je nach Anwendung des Objektvergrösserers in den optischen Strahlengängen oder nahe bei den optischen Strahlengängen angeordnet sein können. Die Lichtquellen könne als Xenon-, Halogen- und/oder als LED-Lichtquellen ausgebildet sein und können als Lichtquellen im sichtbaren sowie ausserhalb des sichtbaren Bereichs je nach Anwendungsfall realisiert sein.
Der Bildsensor, vorliegend auch optisches Element genannt, vorzugsweise bestehend aus einem und/oder mehreren elektronischen Sensoren kann so angeordnet sein, dass er geometrisch z.B. 2 oder 4 optische Kanäle, vorliegend optische Pfade, abbildet und diese an mindestens ein Display und/oder eine Betrachtungseinheit überträgt. Dabei entsprechen üblicherweise 2 optische Kanäle einem Stereobild und 4 optische Kanäle zwei Stereobildern für beispielsweise 2 Betrachter mit unterschiedlichen Bildern des Objekts und/oder unterschiedlichen Bildpositionen, also Positionen zum Objekt.
Der Bildsensor bzw. die Bildsensoren können so ausgebildet und gegebenenfalls mit weiteren Mitteln verbunden sein, dass er/sie sichtbare Bilder und/oder nichtsichtbare Bilder unterhalb und/oder oberhalb des für den Menschen sichtbaren Bereichs zum Beispiel im UV- und IR-Bereich erkennt, aufnimmt und überträgt. Das erfindungsgemässe Objekt Vergrösserungs-Gerät mit der elektronischen Bild-Übertragung für Bilder im nichtsichtbaren Bereich und für Bilder im sichtbaren Bereich ist vorzugsweise mit einer Sensortechnologie bzw. mit mehreren Sensortechnologien auf kleinem Raum ausgeführt und bildet diese vorzugsweise auf ein und den selben Betrachtungseinheiten und Displays ab.
Damit werden Bilder - im für das menschliche Auge nichtsichtbaren Bereich - für das menschliche Auge in den Displays und/oder Betrachtungseinheiten sichtbar gemacht. Die Displays und Betrachtungseinheiten können derart ausgeführt sein, dass in den Displays und/oder Betrachtungseinheiten Bilder optional auch überlagert abgebildet werden können. Die Übertragung der Bilddaten kann kabellos und/oder über Kabel erfolgen.
Vom Bildsensor bzw. von den Bildsensoren und deren integrierten Bildsensorelektronik können die Daten an ein oder mehrere externe Geräte zum Speichern, zur Verarbeitung und/oder zur Wiedergabe weitergeleitet werden. Eine interne Speicherung und Verarbeitung ist ebenfalls möglich.
Ein erfindungsgemässer Objektvergrösserer muss mechanisch nicht mehr mit der Objekt Betrachtungseinheit verbunden sein, kann also vom Anwender abgesetzt sein. Die Position und vor allem der Abstand des Geräts zum Objekt lässt sich verändern, ohne dass der Anwender seine Position ändern muss. Damit hat der Anwender mehr Möglichkeiten bei der Anwendung des Objektvergrösserersund kann den Arbeitsabstand und die Position zum Objekt nahezu beliebig ändern. Er kann sich auch abgesetzt zum Objekt in nicht unmittelbarer Nähe zum Objekt platzieren, was mit bisherigen optischen Vergrösserungsgeräten nicht möglich ist.
Die aufgenommenen und übertragenen Bilder können mechanisch oder elektronisch um die optische Achse des Objektvergrösserers gedreht werden, und zwar entsprechend der Blickrichtung des Betrachters zum Objekt und werden entsprechend dieser Position in dem Display und/oder Betrachtungseinheit abgebildet. Dadurch kann sich der Anwender in einem bestimmten Winkel zum Objektvergrösserer platzieren, wobei der Objektvergrösserer das Bild aus seiner Position zeigt, während der Anwender das Bild aus seiner Position erwartet und empfängt, welche nicht mit der Position des Objektvergrösserers übereinstimmt sondern mit der vorgenannten Blickrichtung.
Diese Dreh-Positionierung der übertragenen Bilder zur Position des Anwenders kann manuell und/oder automatisch erfolgen, beispielsweise mit Hilfe von Sensoren, welche die Position des Betrachters und/oder die Position des Displays oder der Betrachtungseinheit erkennt und das Bild entsprechend positioniert (Positionssensor). Die Dreh-Positionierung der übertragenen Bilder kann im Objektvergrösserer für alle Anwender manuell und/oder automatisch ausgeführt werden. Ist der Objektvergrösserer so ausgeführt, dass er zwei oder mehr Bilder oder Stereobilder aufnimmt, übertragen und abbilden kann, kann jeder Betrachter die Bildquelle für sein Display und/oder seine Betrachtungseinheit, vorliegend auch Bildwiedergabevorrichtung, auswählen.
Das Gerät kann optional beispielsweise mit integrierten Sensoren, wie Abstands-, Neigungs-, Winkel- und Beschleunigungssensoren ausgestattet sein. Diese Sensoren können zur Berechnung von Wegen, Positionsänderungen, Geschwindigkeiten und Beschleunigungen des Objektvergrösserungs-Geräts dienen.
Ebenso kann der Objektvergrösserer optional mit Abstandssensoren zur drei-dimensionalen Positionsbestimmung im Raum sowie zur Erkennung der Bild- und Objektebene und damit des Arbeitsabstands ausgebildet sein. Somit kann eine automatische Schärfe-Einstellung auf Basis der Arbeitsabstandbestimmung realisiert werden.
Objektvergrösserer und/oder Auflicht Objekt Vergrösserungs-Geräte wie vorliegend beschrieben können derart ausgeführt sein, dass die elektronischen Bildsensoren in Richtung des Objekts beweglich ausgebildet sind, beispielhaft verschiebbar mit Elektromotoren in Richtung des Objekts, und/oder die getrennten Strahlengänge des optischen Systems und/oder die dazugehörenden Bildsensoren, durch die das Objekt aus zwei oder mehreren verschiedenen Richtungen betrachtet wird, so bewegt werden, dass die Winkel der Strahlengänge eingestellt und/oder gesteuert und/oder geregelt werden.
Anhand von Figuren, welche lediglich Ausführungsbeispiele darstellen, wird die Erfindung im Folgenden näher erläutert. Es zeigen:

1: Eine schematische Ansicht einer erfindungsgemässen Aufnahmevorrichtung,
2: Eine schematische Ansicht entlang des Pfeiles A aus 1 der Aufnahmevorrichtung aus 1
3a: eine schematische Ansicht eines erfindungsgemässen Objektvergrösserers,
3b: eine weitere schematische Ansicht eines erfindungsgemässen Objektvergrösserers
4: eine schematische Ansicht des Objektvergrösserers aus 3a entlang des Pfeiles B aus 3a,
5: eine schematische Darstellung einer Bildwiedergabevorrichtung,
6: eine schematische Darstellung einer Bildwiedergabevorrichtung und einer Aufnahmevorrichtung,

1 zeigt eine schematische Darstellung einer Aufnahmevorrichtung 1. Die Aufnahmevorrichtung 1 weist eine optische Achse 10 auf. Weitere Elemente sind in zweifacher Ausführung gezeigt. Der Einfachheit halber ist jeweils nur eines der Elemente beschreiben und bezeichnet. Die Aufnahmevorrichtung weist eine Aufnahmeeinheit 11 auf. Der Aufnahmeeinheit 11 ist ein optischer Pfad 111 oder 112 zugeordnet. Ebenfalls zugeordnet ist eine Bildebene 110. Im optischen Pfad 111 oder 112 kann sich wie vorliegend strichliniert dargestellt, eine Optik 12 befinden. Diese Optik 12 kann beispielsweise aus einer oder mehreren Linsen und einem Schutzglas bestehen. Vorliegend weist die Optik 12 jedoch nur ein Schutzglas auf. Gezeigt sind zwei optische Pfade 111 und 112, welche jeweils einen Winkel α und einen Winkel β zur optischen Achse 10 aufweisen. Die beiden Winkel α und β sind vorliegend gleich gross. Der Pfeil Q zeigt die Verschwenkbarkeit der Aufnahmevorrichtung 1, wobei deutlich wird, dass sich die Winkel α und β sowie der Schnittpunkt 13 der optischen Pfade 111 und 112 mit der optischen Achse 10 beim Schwenken in Pfeilrichtung Q nicht verändert. Ebenfalls gezeigt ist ein Schwenkpfeil N, der andeutet, dass die Aufnahmeeinheit 11 mit der Bildebene 110 und - falls vorhanden - einer Optik 12 gemeinsam verschwenkt werden kann, so dass sich der Winkel α ändert. Vorliegend sind die beiden Aufnahmeeinheiten miteinander gekoppelt, so dass sich Winkel α und β nur gemeinsam ändern. Durch das Einstellen des Winkels α und β ist es möglich, eine Gegenstandsebene 2 in Übereinstimmung mit einer Arbeitsebene 3 zu bringen.
2 zeigt eine Ansicht der Vorrichtung aus 1 in einer schematischen Darstellung entlang des Pfeiles A aus 1. Die Aufnahmeeinheiten 11 sind innerhalb der Aufnahmevorrichtung 1 angedeutet. Im Bereich des Zentrums der Aufnahmevorrichtung befindet sich die optische Achse 10, welche zur besseren Darstellung als Kreis angedeutet ist. Die Aufnahmeeinheiten 11 sind schwenkbar und entlang des eingezeichneten Pfeiles S um die optische Achse 10 drehbar. Ein weiterer Pfeil P deutet ebenfalls die Dreh- oder Schwenkbarkeit der Aufnahmevorrichtung 1 um ihre optische Achse 10 an. Ebenfalls möglich ist es, die Aufnahmeeinheiten 11 um ein in ihnen innenliegendes Zentrum drehbar auszugestalten. Innerhalb der Aufnahmevorrichtung 1 sind die Aufnahmeeinheiten 11 gezeigt, welche vorliegend zusätzlich mit L und R bezeichnet sind.
3a zeigt einen Objektvergrösserer 100 mit zwei Aufnahmevorrichtungen 1, wobei die zwei Aufnahmevorrichtungen 1 einander gegenüberliegend angeordnet sind. Die optischen Achsen 10 der Aufnahmevorrichtungen 1 treffen sich in einem Schnittpunkt 14. Zwischen den optischen Achsen ist der Winkel γ gezeigt, der vorliegend einstellbar ist. Die Aufnahmevorrichtungen sind entlang des Pfeiles V schwenkbar.
Bei der Variante des Objekt Vergrösserungs-Geräts aus 3a kann der Divergenzwinkel durch Steuerung oder Regelung verändert werden, indem nur die Bildsensoren 110 in ihrem Winkel zur optische Achse 10 verändert werden.
3b zeigt den Objektvergrösserer aus 3, wobei die Aufnahmevorrichtungen 1 in einer um 90° um ihre optischen Achsen 10 gedrehten Darstellung gezeigt ist. Die optischen Achsen 10 und die optischen Pfade 111 und 112 der entsprechenden Einheiten treffen sich gemeinsam in einem Schnittpunkt.
4 zeigt eine schematische Ansicht des Objektvergrösserers aus 3a in einer schematischen Ansicht entlang des Pfeiles B aus 3a. Gezeigt sind schematisch die beiden Aufnahmevorrichtungen 1, welche um ein virtuelles Zentrum (gekennzeichnet durch ein X) angeordnet sind. Zur besseren Darstellung ist nur eine der Aufnahmevorrichtungen bezeichnet. Die Aufnahmevorrichtung 1 kann entlang des Pfeiles T um das virtuelle Zentrum X gedreht oder verschwenkt werden. Durch die Pfeile U ist angedeutet, dass sich die Aufnahmeeinheiten 11 ebenfalls um ihre eigene Achse drehen können. Weitere Verstellbarkeiten, wie in 2 gezeigt, sind ebenfalls möglich
5 zeigt eine schematische Darstellung einer Bildwiedergabevorrichtung 4. Die Bildwiedergabevorrichtung 4 weist zwei Displays auf, welche mit L und R bezeichnet sind. In diesen Displays wird das Abbild der optischen Pfade dargestellt. Diese zwei Displays L und R definieren gemeinsam eine Ebene, durch welche eine Achse A1 rechtwinklig verläuft.
6 zeigt eine schematische Ansicht einer Aufnahmevorrichtung 1 im Zusammenspiel mit einer Bildwiedergabevorrichtung 4. Die Aufnahmevorrichtung weist zwei Aufnahmeeinheiten 11 auf, welche vorliegend mit L und R bezeichnet sind. Durch die Aufnahmeeinheiten erstreckt sich ein optischer Pfad 111 und 112. Durch die optischen Pfade ist eine erste Ebene E1 gezeigt. Die optischen Pfade weisen eine Winkelhalbierende auf, durch die sich eine zweite Ebene E2 erstreckt. Die zweite Ebene E2 steht rechtwinklig auf der ersten Ebene E1. Wie zu 5 erläutert, erstreckt sich durch die Bildwiedergabevorrichtung 4 eine Achse A1, die in vorliegender 6 auf der Ebene E2 angeordnet ist oder in der Ebene E2 liegt. Ein Abbild der Aufnahmeeinheiten 11/L/R ist in der Folge entsprechend in einer rechtwinkligen Darstellung auf der Bildwiedergabeeinheit 4 dargestellt. Bildwiedergabeeinheit 4 und Aufnahmevorrichtung 1 sind entsprechend miteinander gekoppelt.
Unter Bezugnahme auf 4 und 6 ist es somit vorstellbar, dass eine erste Bildwiedergabeeinheit 4 mit einer ersten Aufnahmevorrichtung 1 gekoppelt ist und eine zweite Bildwiedergabeeinheit 4 mit einer zweiten Aufnahmevorrichtung 1. Beide gekoppelten Systeme sind jedoch voneinander unabhängig. Dies ermöglicht es, entsprechend der Positionierung der Bildwiedergabevorrichtung 4 die Aufnahmevorrichtungen 1 unabhängig zu Drehen oder zu Schwenken.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 6525878 [0003]

Claims

Aufnahmevorrichtung (1) zur Abbildung eines Objektes, umfassend eine Aufnahmeeinheit (11), wobei das Objekt im Wesentlichen auf zwei optischen Pfaden (111, 112) mit jeweils einem Winkel (α, β) zur optischen Achse (10) abgebildet wird, wobei jedem optischen Pfad (111, 112) ein Bildebene (110) zugeordnet ist, welche Bildebene (110) vorzugsweise ein oder mehrere lichtempfindliche Elemente (112), vorzugsweise CCD-Sensoren oder CMOS-Sensoren, umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Winkel (α, β) der optischen Pfade zur optischen Achse (10) einstellbar sind.
Aufnahmevorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei jedem optischen Pfad (111, 112) ein oder mehrere optische Bauelemente (12), vorzugsweise Schutzgläser oder Linsen, zugeordnet sind.
Aufnahmevorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Pfade (111, 112) einen Schnittpunkt mit der optischen Achse (10) aufweisen, welcher Schnittpunkt eine Gegenstandsebene (2) definiert.
Aufnahmevorrichtung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass durch Einstellen der optischen Pfade (111, 112) die Gegenstandsebene (2) auf eine Arbeitsebene (3) bringbar ist.
Aufnahmevorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Winkel (α, β) der optischen Pfade (111, 112) zur optischen Achse (10) in Abhängigkeit zu einem Abstand der Aufnahmevorrichtung zum Objekt einstellbar sind, wobei der Abstand vorzugsweise automatisch erfassbar ist.
Aufnahmevorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmeeinheit (11) derart dreh- und/oder schwenkbar gelagert ist, dass bei einer Drehung und/oder Schwenkung der Aufnahmeeinheit (11) die optische Achse (10) einen Schnittpunkt mit den optischen Pfaden (111, 112) beibehält.
Aufnahmevorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildebene (110) derart dreh- und/oder schwenkbar gelagert sind, dass die Winkel (α, β) der optischen Pfade (111, 112) zur optischen Achse (10) durch Drehen oder Schwenken der Bildebene (110) einstellbar sind.
Objektvergrösserer (100), umfassend zwei oder mehr Aufnahmevorrichtungen (1) zur Abbildung eines Objektes entlang einer optischen Achse (10) mit einer Aufnahmeeinheit (11) mit zwei optischen Pfaden (111, 112) mit jeweils einem Winkel (α, β) zur optischen Achse (10), vorzugsweise nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (γ) zwischen den optischen Achsen (10) einstellbar ist.
Objektvergrösserer (100) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmeeinheiten (11) voneinander entkoppelt und vorzugsweise dreh- und/oder schwenkbar gelagert sind.
Aufnahmevorrichtung (1) oder Objektvergrösserer (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, umfassend eine Bildwiedergabevorrichtung (4) zur Wiedergabe des Abbildes des Objektes, wobei vorzugsweise ein in der Bildebene (110) erzeugtes elektrisches Signal, welches das Abbild des Objektes umfasst, an die Bildwiedergabevorrichtung (2) weitergeleitet wird oder weiterleitbar ist.
Aufnahmevorrichtung (1) oder Objektvergrösserer (100) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildwiedergabevorrichtung (4) zur Stabilisierung des Abbildes einen Bildstabilisator aufweist.
Aufnahmevorrichtung (1) oder Objektvergrösserer (100) nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Aufnahmeeinheit (11) eine Bildwiedergabevorrichtung (4) zugeordnet ist, wobei vorzugsweise die Aufnahmeeinheit (11) derart angeordnet oder anordenbar ist, dass sich eine zu einer Abbildebene (20) der Bildwiedergabevorrichtung (4) rechtwinklige Achse in einer rechtwinklig zu einer durch die optischen Pfade definierten Ebene (E1) auf einer Winkelhalbierenden der optischen Pfade stehenden Ebene (E2) erstreckt.
Aufnahmevorrichtung (1) oder Objektvergrösserer (100) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Bildwiedergabevorrichtung (4) ein partieller Ausschnitt des gesamten Abbildes darstellbar ist.
Aufnahmevorrichtung (1) oder Objektvergrösserer (100) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, der partielle Ausschnitt als Teil des gesamten Abbildes auf der Bildwiedergabevorrichtung (4) schwenk- und/oder verschiebbar ist.
Aufnahmevorrichtung (1) oder Objektvergrösserer (100) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der partielle Ausschnitt abhängig von einer polaren Position der Bildwiedergabevorrichtung (4) zur optischen Achse (10) einstellbar ist und vorzugsweise bewegungsgekoppelt oder bewegungskoppelbar ist.
Aufnahmevorrichtung (1) oder Objektvergrösserer (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildebene (110) eine Auflösung von mindestens 1 Mpx, vorzugsweise 2 Mpx und besonders bevorzugt mindestens 4 Mpx aufweist.
Aufnahmevorrichtung (1) oder Objektvergrösserer (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildebene (110) einen Aufnahmebereich der Wellenlängen von 200nm bis 1000nm aufweist.
Aufnahmevorrichtung (1) oder Objektvergrösserer (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildebene (110) mehrere lichtempfindliche Elemente (112) mit unterschiedlichen Aufnahmebereichen aufweist, wobei die Aufnahmebereiche vorzugsweise in sichtbares Licht und nicht sichtbares Licht oberhalb sowie nicht sichtbares Licht unterhalb des sichtbaren Lichtes aufgeteilt sind.