DE4436528C2 - Optische Vergrößerungsvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine optische Vergrößerungsvorrichtung für feinmechanische und medizinische, insbesondere dentale und chirurgische, Anwendungen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder des Anspruchs 2.

Solche Vorrichtungen sind aus manuell schwierigen Anwendungen an kleinen Objekten bekannt. So wird beispielsweise bei Lötarbeiten an elektronischen Schaltungen eine Lampe mit einer integrierten Lampe verwendet.

Ebenfalls bekannt ist die Uhrmacherlupe, die direkt in das Auge geklemmt wird und eine vergrößerte Sicht auf das zu bearbeitende Objekt ermöglicht.

Zahnärzte verwenden eine Art Fernrohr, das bei Bedarf aufgesetzt wird und dem Arzt ein vergrößertes Bild des anvisierten Zahns liefert.

Ein diesen Vorrichtungen gemeinsamer Nachteil ist, daß die direkte Sicht auf das Objekt verlorengeht.

Aus der DE 92 17 643 U1 ist eine gattungsgemäße Vorrichtung für einen anderen Anwendungsfall bekannt. Die in dieser Druckschrift beschriebene Videobrille ermöglicht es Menschen mit Sehschwäche, ein durch digitale Nachbearbeitung erzeugtes, besonders kontrastreiches Bild auf einer in der Brille angeordneten Anzeige wahrzunehmen.

Eine am Kopf eines Chirurgen tragbare Beleuchtungs- und Fernsehaufnahmeeinrichtung ist aus der DE 27 47 615 A1 bekannt, wobei die Ausrichtung der Kamera unabhängig von der Ausrichtung der Beleuchtungseinrichtung von einem Techniker steuerbar ist. Die aufgenommenen Bilder werden zu einer von dem Techniker kontrollierten Anzeige übertragen. Die Bilder von außerdem vorgesehenen, zusätzlichen Kameras werden auf diesen zugeordneten, zusätzlichen Anzeigen wiedergegeben. Dieses System dient der Übermittlung von Bildern und Informationen an Dritte und soll den die Kamera tragenden Chirurgen möglichst wenig bei der Arbeit behindern.

Eine weitere elektronische Videoaufnahmevorrichtung wird in der DE 33 42 126 C2 beschrieben, die im wesentlichen aus einer in eine Brille integrierten Kamera besteht. Außerdem ist auf der Brille eine das Gesichtsfeld begrenzende Einrichtung vorgesehen, um den Benutzer einen Bereich anzuzeigen, der mit dem Blickfeld der Kamera korrespondiert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße optische Vergrößerungs­ vorrichtung zu schaffen, die dem Benutzer möglichst umfassende optische Informationen zur Verfügung stellt, auf die der Benutzer zugreifen kann.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 2 gelöst. Vorteilhafte Weiter­ bildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Nach dem Grundgedanken der Erfindung wird eine Videokamera auf das zu untersuchende oder zu bearbeitende Objekt gerichtet, wobei das von der Videokamera aufgenommene Bild von einem Display oder Bildschirm wiedergegeben wird. Dieses Display wird mittels einem Ge­ stell oder einer Halterung so im Bereich des Kopfes, genauer im un­ teren Bereich des Gesichtsfeldes angeordnet, daß eine direkte Sicht auf das Display möglich ist. Im oberen Bereich des Gesichtsfelds ist ein direkter Blick auf das Objekt möglich. So kann durch Heben oder Senken des Blicks der Benutzer dieser Vorrichtung sich entweder auf das vergrößerte Displaybild oder auf die direkte Sicht konzentrieren oder beide Ansichten gleichzeitig wahrnehmen.

Eine zweite Möglichkeit besteht darin, das von dem Display wiederge­ gebene Bild über eine reflektierende Fläche in das Auge zu spiegeln. Dabei werden Display und reflektierende Fläche gemäß den Reflexions­ gesetzen so angeordnet, daß der Winkel zwischen der gedachten Linie vom Auge zur reflektierenden Fläche und der Flächensenkrechten der reflektierenden Fläche dem Winkel zwischen der gedachten Linie vom Display zur reflektierenden Fläche und der Flächensenkrechten der reflektierenden Fläche entspricht. Die hier als Flächensenkrechte be­ zeichnete Linie ist im allgemeineren Fall eines beliebig geformten Spiegels als optische Achse zu verstehen.

Weiterhin ist die Videokamera erfindungsgemäß fest mit der Halterung verbunden und folgt in ihrer Blickrichtung dadurch den Kopfbewegungen des Benutzers. Der Benutzer erhält dadurch immer eine normale Ansicht und eine vergrößerte Ansicht des anvisierten Objekts. Besonders günstig ist hierbei die Anordnung der Kamera pa­ rallel und möglichst nah zu der normalen Sichtlinie, da dann die Übereinstimmung von angeblicktem und vergrößertem Objekt maximal ist. Durch Neigen und Bewegen des Kopfes verändert sich die Ansicht im Display und der Benutzer kann direkt durch die visuelle Kontrolle im Display seine Kopfhaltung so optimieren, daß die Videokamera direkt auf das gewünschte Ziel gerichtet ist.

In einer anderen Ausführungsform ist die Videokamera zwar ortsfest mit der Halterung am Kopf verbunden, ist jedoch drehbar dort gela­ gert. Dadurch ist eine Nacheinstellung möglich, falls durch die Art der Arbeit die Kopfhaltung vorgegeben ist und deshalb die Ausrich­ tung der Videokamera durch eine Kopfdrehung nicht möglich ist. Zusätzlich kann die drehbare Lagerung mit einem Motor verbunden sein, der durch eine Art Joystick gesteuert wird.

Die verwendete Videokamera ist günstigerweise eine Miniaturkamera mit Abmessungen von wenigen Zentimetern. Die Kamera kann mit ei­ nem vergrößernden Objektiv ausgestattet sein, das abhängig vom gewünschten Vergrößerungsgrad auch ausgewechselt werden kann. Des weiteren ist auch eine elektronische, insbesondere digitale, Vergröße­ rung des Bildes durch die Elektronik der Kamera, des Displays oder einer Zusatzschaltung vorgesehen.

Günstigerweise ist die vom Auge wahrgenommene Fläche, also das Display oder die reflektierende Fläche hohlspiegelartig gewölbt. Diese Wölbung kann eindimensional sein, ist aber bevorzugterweise zweidi­ mensional. Dadurch entsteht beim Benutzer der Eindruck eines Bildes, das eine gewisse Distanz vom Auge entfernt ist. Je nach Wölbung der Fläche kann dieser Abstand zwischen 20 cm und 5 m betragen. In der Regel wird die Wölbung so gestaltet sein, daß das Objekt in einer Entfernung von 1 bis 2 m erscheint. In einer bevorzugten Ausführungs­ form ist die vom Benutzer wahrgenommene Fläche ein sphärischer Hohlspiegel.

Die Halterung oder das Gestell, das die einzelnen Elemente aufnimmt ist bevorzugt brillenartig gestaltet. Die Halterung kann dabei sowohl über Ohrbügel als auch über ein elastisches, den Kopf umspannendes Band erfolgen. Zur Korrektur von Sehfehlern des Benutzers gibt es die Möglichkeit, die Halterung mit einem Abstandshalter zu versehen, der das Tragen einer üblichen Brille unterhalb der erfindungsgemäßen Vorrichtung erlaubt. Andererseits ist natürlich auch die Integration von geschliffenen Gläsern zur Korrektur von Sehfehlern in die Halte­ rung möglich.

Besonders bei medizinischen Anwendungen ist eine extern betriebene Kamera von großem Vorteil. Der behandelnde Arzt erhält so neben der direk­ ten Sicht gleichzeitig eine zweite Perspektive des zu behandelnden Kör­ perteils. Die Kamera kann beispielsweise in einem Endoskop angeord­ net sein, wodurch die erfindungsgemäße Vorrichtung dem Arzt gleich­ zeitig einen Blick auf die Bauchdecke und das in die Vorrichtung eingespielte Bild der Endoskopkamera vermittelt. In einer anderen An­ wendung kann die Videokamera an einem in den Mundraum eingeführ­ ten stabförmigen Gerät montiert sein, um dem Zahnarzt eine vergrö­ ßerte Darstellung des Zahns oder des Zahnnervs aus einer anderen Perspektive zu liefern. Dadurch erhöhen sich die Möglichkeiten des Benutzers wesentlich. Gerade im medizinischen Bereich wird so eine erhöhte Sicherheit der Behandlung ereicht.

Die erfindungsgemäße Kombination der auf der Halterung montierten Kamera mit einer externen Kamera bringt weitere Vorteile. So kann der Benutzer mittels eines Schalters eine Umschaltung von der Kopfkamera auf die externe Kamera vornehmen und dadurch sofort ohne Verlust der direkten Sicht eine andere Ansicht des Objekts erhalten. Hierbei ist die Ver­ wendung eines Fußschalters besonders günstig, da dadurch die Hände zur weiteren Bearbeitung oder Behandlung freibleiben.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer Zeichnung weiter erläu­ tert. Im einzelnen zeigen die schematischen Darstellungen in:

Fig. 1 eine Frontansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 2 eine Frontansicht einer zweiten Ausführungsform einer erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 3 eine Draufsicht auf einen Ausschnitt einer anderen Ausfüh­ rungsform der Halterung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; und

Fig. 4 ein Blockdiagramm der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

In Fig. 1 ist eine Halterung 1 dargestellt, die ein Display 2 aufnimmt, das direkt von dem Auge gesehen wird. Die Halterung 1 ist mit Bü­ geln 11 verbunden, deren Enden gebogen sind, um mit den Ohren in Eingriff gebracht zu werden. Das Display 2 wird vor dem sogenannten Führungsauge positioniert. Jeder Mensch visiert in der Regel Gegen­ stände immer mit demselben Auge an. Die Bildinformation des ande­ ren Auges wird vom Gehirn zu einem räumlichen Gesamteindruck verarbeitet. Abhängig davon, ob der Benutzer rechts- oder linksvisie­ rend ist, muß das Display 2 also vor dem rechten oder dem linken Auge angeordnet sein. Die Kamera 3 wird parallel zur Blickrichtung möglichst nahe dem visierenden Auge angebracht, um eine Darstellung zu erreichen, die der des führenden Auges entspricht. Durch Drehen und Neigen des Kopfes verändert sich also das aufgenommene Bild. Durch die gleichzeitige direkte Sicht und die Sicht auf das Display 2, das auch als Monitor bezeichnet wird, wird das zu behandelnde Ob­ jekt sicher fixiert. In die brillenartige Halterung 1 sind erforderli­ chenfalls geschliffene Gläser 5 integriert, so daß eventuell vorhandene Sehfehler ausgeglichen werden und auch die direkte Sicht mit op­ timaler Sehschärfe erfolgen kann. Die Gläser 5, auch Dioptriegläser genannt, müssen an den jeweiligen Benutzer angepaßt sein. Die Video­ kamera 3 ist mit einer vergrößernden Optik 10 ausgestattet. Ein sol­ ches Objektiv ist austauschbar und kann mit einem für die jeweilige Anwendung erforderlichem Vergrößerungsfaktor gewählt werden. Die Videokamera 3 steht mit dem Display 2 über eine elektrische Verbin­ dung in Datenverbindung. Eine zweite Videokamera und ein Schalter sind in Fig. 4 dargestellt.

Eine zweite Ausführungsform ist in Fig. 2 dargestellt. Dabei wird das vom Display 2 abgegebene Bild über einen Hohlspiegel 4 auf das Auge projiziert. Durch die Verwendung des Hohlspiegels 4 wird eine erleichterte Anbringung geschaffen, da das schwere Display 2 nach oben auf die Halterung 1 verlegt werden kann. Zum anderen wird erreicht, daß der Benutzer ein etwas beabstandetes virtuelles Bild wahrnimmt, was einen größeren Sehkomfort bei vergrößerter Wahr­ nehmung erzeugt. Das Display 2 ist in die verstärkte Querstrebe 6 der Halterung 1 integriert und mit der Bildfläche im wesentlichen sen­ krecht nach unten ausgerichtet. Die Videokamera 3 ist mit einem in die Halterung 1 integrierten Kabel verbunden. Die vergrößernde Optik 10 kann ein handelsübliches Objektiv mit zylindrischem Äußeren sein. Die zweite Kamera 7, die in diesem Fall mit dem Display 2 über Funk- oder Fernsteuerung in Datenverbindung steht, kann z. B. in einem Endoskop für Bauchoperationen oder in einem Gerät zur inter­ oralen Untersuchung angeordnet sein.

Die in Fig. 3 gezeigte Ausschnittsansicht zeigt die Halterung 1 mit einer drehbar gelagerten Videokamera 3. Die Videokamera 3 mit der vergrößernden Optik 10, dem Objektiv, ist beabstandet vom Bügel 11, der die um den Kopf greifende Fortsetzung der Halterung 1 darstellt, möglichst zentral über dem Auge angeordnet. Dabei ist die Videoka­ mera 3 in dem Drehlager 15 gelagert und ist durch einen Hebel 16 feststellbar. Bei Verwendung eines Kugeldrehlagers kann eine Verstel­ lung der Videokamera 3 in alle Richtungen erfolgen. Alternativ zur Handverstellung kann die Videokamera 3 ebenfalls durch einen am Drehlager 15 angeordneten Motor 17 verstellt werden. Der Motor 17 kann durch ein Steuergerät 18, das ähnlich einem Joystick aufgebaut ist und mit dem Motor 17 in Datenverbindung 19 steht, in eine neue Position gebracht werden. Die Datenverbindung ist als gestrichelte Linie dargestellt und kann aus einer elektrischen Verbindung oder einer Funkverbindung bestehen.

Das Blockdiagramm in Fig. 4 zeigt die Verschaltung der Ausfüh­ rungsform der Fig. 2. Eine Steuerung 8, in dem ebenfalls eine digi­ tale Nachbearbeitung zur Vergrößerung, Helligkeits-, und Kontrastre­ gelung durchgeführt wird, empfängt die Daten der Videokamera 3. Die Steuerung 8 kann baulich auch in die Videokamera 3, die verstärkte Querstrebe 6 oder das Display 2 integriert sein. Die so aufbereiteten Daten werden an das Display 2 weitergegeben. Die Steuerung 8 em­ pfängt ebenfalls die Daten der zweiten Videokamera 7 und kann auch diese auf das Display 2 geben. Ein Schalter 9, der bevorzugt als Fuß­ schalter ausgebildet ist, sorgt für eine Umschaltung der Videokameras mit den verschiedenen Einstellungen auf das Display 2. Die einzelnen Elemente der Vorrichtung stehen in Datenverbindung 19.

Claims (12)

1. Optische Vergrößerungsvorrichtung für feinmechanische und medizinische, insbesondere dentale und chirurgische, Anwendungen zur vergrößernden Darstellung eines in Eingriff zu nehmenden Objekts, mit mindestens einer Videokamera (3, 7), die auf das in Eingriff zu nehmende Objekt gerichtet ist, einem Display (2) zur Wiedergabe des von der Videokamera (3) aufgezeichneten Objekts und einer mit dem Kopf eines Benutzers in Halteeingriff stehenden Einrichtung (1, 11) zur Halterung des Displays (2), dadurch gekennzeichnet,
daß das Display (2) in einem Teilbereich des Gesichtsfelds des Benutzers angeordnet ist,
daß eine erste, fest mit der Halterungseinrichtung (1, 11) verbundene Videokamera (3) möglichst nah benachbart und parallel zur Sichtlinie eines Auges an der Halterungs­ einrichtung (1, 11) angeordnet ist,
daß eine zweite Videokamera (7) vorgesehen ist, die dem Benutzer eine andere Ansicht des in Eingriff zu nehmenden Objekts liefert,
daß beide Videokameras (3, 7) mit dem Display (2) in Datenverbindung stehen, und daß ein Schalter vorgesehen ist, mit dem der Benutzer eine Umschaltung von der ersten Videokamera (3) auf die zweite Videokamera (7) vornehmen kann.

2. Optische Vergrößerungsvorrichtung für feinmechanische und medizinische, insbesondere dentale und chirurgische, Anwendungen zur vergrößernden Darstellung eines in Eingriff zu nehmenden Objekts, mit mindestens einer Videokamera (3, 7), die auf das in Eingriff zu nehmende Objekt gerichtet ist, einem Display (2) zur Wiedergabe des von der Videokamera (3) aufgezeichneten Objekts, einer reflektierenden Fläche (4), die das vom Display (2) wiedergegebene Bild in ein Auge eines Benutzers reflektiert, und einer mit dem Kopf des Benutzers in Halteeingriff stehenden Einrichtung (1, 11) zur Halterung des Displays (2) und der reflektierenden Fläche (4), dadurch gekennzeichnet,
daß eine erste, fest mit der Halterungseinrichtung (1, 11) verbundene Videokamera (3) möglichst nah benachbart und parallel zur Sichtlinie eines Auges an der Halterungs­ einrichtung (1, 11) angeordnet ist,
daß eine zweite Videokamera (7) vorgesehen ist, die dem Benutzer eine andere Ansicht des in Eingriff zu nehmenden Objekts liefert,
daß beide Videokameras (3, 7) mit dem Display (2) in Datenverbindung stehen und daß ein Schalter vorgesehen ist, mit dem der Benutzer eine Umschaltung von der ersten Videokamera (3) auf die zweite Videokamera (7) vornehmen kann.

3. Optische Vergrößerungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Videokamera (3) eine Miniaturkamera ist, deren Abmessungen kleiner als 10 cm sind.

4. Optische Vergrößerungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Videokamera (3) eine vergrößernde Optik (10) aufweist.

5. Optische Vergrößerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die reflektierende Fläche (4) hohlspiegelartig ausgebildet ist.

6. Optische Vergrößerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die reflektierende Fläche (4) als sphärischer Hohlspiegel ausgebildet ist.

7. Optische Vergrößerungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterungseinrichtung (1) brillenartig aufgebaut ist.

8. Optische Vergrößerungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterungseinrichtung (1) geschliffene Gläser (5) zur Korrektur von Sehfehlern aufweist.

9. Optische Vergrößerungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (9) ein Fußschalter ist.

10. Optische Vergrößerungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Videokamera (3) mit der Halterungseinrichtung (1) ortsfest und drehbar gelagert verbunden ist.

11. Optische Vergrößerungsvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Videokamera (3) nach einer Drehung in der neuen Ausrichtungsrichtung festsetzbar ist.

12. Optische Vergrößerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Motor (17) zur Drehung der Videokamera (3) vorgesehen ist und
daß ein Steuergerät (18) für den Motor (17) mit diesem in Datenverbindung (19) steht.