Die vorliegende Erfindung betrifft eine stereoskopische Bildaufnahmevorrichtung.
In der Mikrochirurgie wird das vom Chirurgen eingesehene Sehfeld üblicherweise über ein Operationsmikroskop betrachtet. Neben dieser unmittelbaren Betrachtung des interessierenden Sehfeldes über einen am Operationsmikroskop angeordneten binokularen Beobachtungstubus besteht ferner die Möglichkeit, aus den stereoskopischen Beobachtungsstrahlengängen mittels geeigneter Strahlteiler-Elemente Teile der Beobachtungsstrahlengänge auf Video-Kameras auszukoppeln und auf einem Monitor darzustellen.
Als problematisch erweist sich hierbei jedoch immer, die Intensitätsverhältnisse in den Beobachtungsstrahlengängen geeignet aufzuteilen, um eine hinreichende Intensität für die verwendeten CCD-Arrays der Video-Kameras zu erhalten. Andererseits darf auch nicht die Intensität im unmittelbaren Beobachtungsstrahlengang derart reduziert werden, dass kein vernünftiger Seheindruck für den operierenden Chirurgen mehr resultiert.
In der US 4 987 488 ist zur Lösung dieser Problematik bereits vorgeschlagen worden, das Operationsmikroskop durch eine Video-Kamera-Anordnung zu ersetzen. Die in dieser Patentschrift vorgeschlagene Anordnung weist jedoch den entscheidenden Nachteil auf, dass hiermit kein stereoskopischer, d.h. räumlicher Eindruck des betrachteten Sehfeldes für den operierenden Chirurgen gewährleistet ist. Dies ist jedoch zwingend erforderlich, um die mikrochirurgischen Arbeiten mit der erforderlichen Genauigkeit durchzuführen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine stereoskopische Bildaufnahmevorrichtung zu schaffen, die eine möglichst flexiblen Einsatz gewährleistet und ferner sicherstellt, dass der Beobachter einen dreidimensionalen Gesamteindruck des betrachteten Sehfeldes dargeboten bekommt.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine stereoskopische Bildaufnahmevorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruches 1. Vorteilhafte Ausführungsformen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
Die erfindungsgemässe stereoskopische Bildaufnahmevorrichtung besteht aus dem bekannten optischen System eines Stereomikroskopes inklusive einer Objektiv-Baugruppe mit objektseitig fester Schnitt- oder Brennweite und dieser Objektiv-Baugruppe nachgeordneten optischen Elementen in zwei separaten Teil-Strahlengängen. Diese optischen Elemente dienen z.B. als Vergrösserungswechsel-Einrichtung und können als bekannter Galilei-Wechsler oder als Zoom-Vergrösserungswechsler ausgeführt werden. Bildseitig ist den optischen Elementen jeweils mindestens ein elektrooptischer Bildaufnehmer in den Teil-Strahlengängen nachgeordnet.
Erfindungsgemäss wird nunmehr vor der Objektiv-Baugruppe mit objektseitig fester Schnitt- oder Brennweite ein weiteres Objektiv angeordnet, das die Möglichkeit der variablen objektseitigen Entfernungseinstellung bietet. Zudem kann dieses Objektiv auch für eine variable Vergrösserung des betrachteten Objektes ausgelegt sein. Bildseitig ist eine definierte, feste Lage des durch dieses Objektiv erzeugten Zwischenbildes in einer entsprechenden Zwischenbildebene erforderlich.
Das Bild in dieser Zwischenbildebene wird über die nachfolgend angeordnete Objektiv-Baugruppe betrachtet bzw. weiter auf die elektrooptischen Bildaufnehmer abgebildet. Die Objektiv-Baugruppe und das Objektiv zur variablen Entfernungseinstellung bilden demnach ein gemeinsames Objektiv-System mit einer internen Zwischenabbildung in eine Zwischenbildebene mit definierter, fester Lage. Die erfindungsgemässe stereoskopische Bildaufnahmevorrichtung gewährleistet nunmehr, dass über ein einziges, für beiden Teilstrahlengänge gemeinsames optisches Objektiv-System die Fokussierung auf die gewünschte Sehfeldebene erfolgen kann. Desweiteren kann auch die Einstellung einer gewünschten Vergrösserung damit realisiert werden.
Dies ist beispielsweise gegenüber Stereo-Kameraanordnungen ein immenser Vorteil, bei denen die Fokussierung der beiden konvergent-angeordneten StereoKameras aufwendig synchronisiert werden muss. Hierzu sei etwa die US 4 999 713 beispielhaft erwähnt, in der die komplexe Synchronisation zweier Stereokamera-Zooms beschrieben wird und die beiden Kamera-Einheiten zudem in einem einzigen definierten Konvergenzwinkel zueinander angeordnet sind.
Dem Objektiv zur variablen Entfernungseinstellung können dabei optische Systeme nachgeordnet werden, die sowohl dem Grenough-Typ oder aber dem Teleskop-Typ aus Stereomikroskopen entsprechen. Ferner können hierbei jederzeit noch weitere Vergrösserungsstufen wahlweise zwischengeschaltet werden. Insgesamt resultiert eine flexible Verwendung der erfindungsgemässen stereoskopischen Bildaufnahmevorrichtung.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst die erfindungsgemässe stereoskopische Bildaufnahmevorrichtung eine Einheit zur dreidimensionalen Wiedergabe der aufgenommenen Bilder, die für eine Vielzahl von Beobachtern einen räumlichen Gesamteindruck des interessierenden Sehfeldes anbietet.
Ferner erweist es sich als vorteilhaft, das Objektiv zur variablen Entfernungseinstellung mit einem Autofokussiersystem auszustatten. Hiermit wird gewährleistet, dass die interessierende Sehfeldebene jeweils scharf fokussiert auf einem geeigneten Display dargestellt wird. Hierfür kommen verschiedenste Autofokussiersysteme mit passiver oder aktiver Arbeitsweise in Betracht.
Im Gegensatz zu Stereokamera-Anordnungen, bei dem die beiden Kamera-Einheiten in einem definierten, festen Konvergenzwinkel zueinander angeordnet sind, ermöglicht die erfindungsgemässe Vorrichtung desweiteren eine Variation der Stereobasis mit Hilfe einer Zwischenbaugruppe, wie sie etwa im Gebrauchsmuster G 9 305 447.5 der Anmelderin beschrieben ist und auf die hier ausdrücklich Bezug genommen wird. Insgesamt ist somit eine variable Einsatzmöglichkeit für die erfindungsgemässe Vorrichtung gewährleistet.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der erfindungsgemässen stereoskopischen Bildaufnahmevorrichtung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Zeichnungen.
Dabei zeigt
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel des optischen Systems der erfindungsgemässen stereoskopischen Bildaufnahmevorrichtung mit einem gemeinsamen, festbrennweitigen Objektiv für zwei TeilStrahlengänge;
Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel des optischen Systems der erfindungsgemässen stereoskopischen Bildaufnahmevorrichtung mit zwei separaten Teilobjektiven für zwei Teil-Strahlengänge;
Fig. 3 ein schematisiertes Blockschaltbild einer erfindungsgemässen stereoskopischen Bildaufnahmevorrichtung mit einer nachgeordneten Einheit zur Darstellung dreidimensionaler Bilder.
In Fig. 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel des optischen Systems der erfindungsgemässen stereoskopischen Bildaufnahmevorrichtung schematisiert dargestellt.
Mit dem Bezugszeichen (1) sei hierbei ein erstes Objektiv bezeichnet, das eine objektseitig variable Entfernungseinstellung durch den Benutzer ermöglicht und zudem gestattet, die Vergrösserung zu variieren. Unterschiedliche objektseitige Entfernungseinstellungen dieses Objektives (1) sind in Fig. 1 durch die beiden objektseitigen Strahlengänge (A) und (B) dargestellt. Zur variablen Entfernungseinstellung können dabei verschiedene bekannte Alternativen eingesetzt werden. So ist es z.B. möglich, das komplette Objektiv (1) relativ zur Bildebene entsprechend der bekannten Abbildungsgleichung zu verschieben.
Desweiteren kann jedoch auch nur eine oder mehrere der einzelnen Objektiv-Linsen verschoben werden, d.h. es ist auch eine Frontlinseneinstellung oder aber eine Innenfokussierung in bekannter Art und Weise realisierbar, um dergestalt die erforderliche variable Entfernungseinstellung zu gewährleisten.
Wesentlich ist bei den erwähnten Alternativen jeweils lediglich eine definierte, feste Bildlage des erzeugten Zwischenbildes, das vom nachgeordneten optischen System abgebildet bzw. über dieses optische System betrachtet wird, d.h. eine konstante bildseitige Schnittweite. Variabel ist bei den verschiedenen Varianten jeweils die objektseitige Schnitt- und/oder die objektseitige Brennweite.
Das Objektiv (1) im dargestellten Ausführungsbeispiel ist dabei als Objektiv mit fester Brennweite ausgeführt und ermöglicht eine Variation der objektseitigen Schnittweite im Intervall [ INFINITY ; 0,8m]. Dieses - schematisiert dargestellte - Objektiv (1) weist einen bekannten Aufbau auf, wie etwa ein herkömmliches Photoobjektiv, z.B. das Zeiss Planar T*, 1:2, f = 110 mm. Im Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 1 sind beispielhaft drei separate Linsen innerhalb des ersten Objektives (1) dargestellt, von denen eines oder mehrere entlang definierter Steuerkurven verschiebbar angeordnet sind, um dergestalt eine Variation der objektseitigen Schnitt- oder Brennweite zu ermöglichen. Das Verschieben einer einzelnen oder mehrerer Linsen kann in bekannter Art und Weise manuell oder aber motorisch erfolgen, wie es auch aus Photo-Objektiven bekannt ist.
Wie bereits erwähnt kann dieses Objektiv (1) auch komplett verschiebbar ausgelegt werden, um dergestalt die variable Entfernungseinstellung zu gewährleisten.
Das Objektiv (1) liefert nunmehr eine Abbildung des gewünschten Sehfeldes in eine definierte Zwischenbildebene (3). Die Lage der bildseitigen Zwischenbildebene (3) ist dabei fest, d.h. es liegt eine konstante bildseitige Schnittweite des Objektives (1) vor.
Das in der Zwischenbildebene (3) erzeugte Zwischenbild wird von der nachfolgend angeordneten Objektivbaugruppe (2) über optische Elemente (4a, 4b) in zwei separaten Teilstrahlen gängen auf zwei in diesen Teilstrahlengängen angeordnete elektrooptische Bildaufnehmer (5a, 5b) abgebildet. Die mittels der elektrooptischen Bildaufnehmer (5a, 5b) registrierten Signale können anschliessend in bekannter Art und Weise weiter verarbeitet werden. Als geeignete elektrooptische Bildaufnehmer (5a, 5b) dienen z.B. bekannte CCD-Arrays, wie sie etwa aus Video-Kameras bekannt sind.
Neben der Möglichkeit, zwei separate elektrooptische Bildaufnehmer in den Teilstrahlengängen vorzusehen, ist es aber auch möglich, lediglich einen einzigen elektrooptischen Bildaufnehmer für beide stereoskopischen Teilstrahlengänge zu verwenden, der sequentiell von den beiden Teilstrahlengängen beaufschlagt wird. Hierzu ist vor dem jeweiligen elektrooptischen Bildaufnehmer ein geeignetes Shutterelement angeordnet, welches mit dem Signal-Ausgang des elektrooptischen Bildaufnehmers synchronisiert wird. Geeignete Vorrichtungen mit einem entsprechenden Shutter-Element sind etwa detailliert in den Patentanmeldungen P 4 243 452.1 und P 4 243 556.0 der Anmelderin beschrieben, auf die hier ebenfalls ausdrücklich Bezug genommen sei.
In Fig. 1 ist desweiteren in schematisierter Form der Sende-Strahlengang eines aktiven Autofokussiersystemes (17) dargestellt, der eine Marke auf das Sehfeld projiziert, die wiederum über das Objektiv (1) auf einen - nicht dargestellten - Photodetektor abgebildet wird. Die In-Fokus-Position der Marke auf dem Photodetektor ist eindeutig definiert, so dass bei einem resultierenden Auswandern dieser Markierung ein Regelkreis das Objektiv (1) entsprechend nachfokussiert. Eine Beschreibung eines geeigneten Autofokussier-Systemes inklusive eines möglichen Signalverarbeitungsverfahrens ist z.B. in der Patentanmeldung P 4 131 737.8 der Anmelderin enthalten. Alternativ zum skizzierten, aktiven Autofokussiersystem ist jedoch auch jedes bekannte andere Autofokussiersystem in Verbindung mit der erfindungsgemässen Vorrichtung einsetzbar.
Wie bereits erwähnt, bietet die erfindungsgemässe Vorrichtung verschiedene Möglichkeiten, auch die Vergrösserung des betrachteten Objektdetails wunschweise einzustellen. So ist es möglich, das Objektiv (1) in Art und Weise eines bekannten Zoom-Objektives auszulegen, das neben der variablen Entfernungseinstellung auch eine Möglichkeit zur Variation des Abbildungsmassstabes anbietet. Konstant ist erneut die bildseitige Schnittweite, d.h. die definierte Lage der Zwischenbildebene.
Alternativ kann das Objektiv (1) wie oben erwähnt jedoch auch nur zur Entfernungseinstellung bei fester bildseitiger Schnittweite ausgelegt werden und die variable Vergrösserung über bekannte Vergrösserungswechsler, z.B. Galilei-Wechsler oder Zoom-Vergrösserungswechsler, in den stereoskopischen Teilstrahlengängen realisiert werden. Die gewünschte (Ausschnitts-)Vergrösserung wird dann in der gleichen Art und Weise eingestellt, wie es etwa auch aus herkömmlichen Stereo-Mikroskopen bekannt ist. Desweiteren ist es zur Variation der Vergrösserung auch möglich, eine oder mehrere komplett separate Vergrösserungs-Stufen zwischen der Zwischenbildebene und der nachfolgenden Objektiv-Baugruppe anzuordnen.
Im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 wurde die zweite Objektivbaugruppe (2) als gemeinsames optisches Element für die beiden Teilstrahlengänge ausgelegt. Eine hierzu alternative Variante der erfindungsgemässen stereoskopischen Bildaufnahmevorrichtung ist in Fig. 2 dargestellt. Das erste Objektiv (10) dieses Ausführungsbeispieles sowie die entsprechenden Strahlengänge (A min , B min ) entsprechen dabei dem des ersten Ausführungsbeispieles in Fig. 1. Dies bedeutet, dass eine objektseitig variable Entfernungseinstellung des Objektives (10) vorliegt und gleichzeitig eine Abbildung des betrachteten Sehfeldes in eine definierte erste Zwischenbildebene (30) gewährleistet ist. Das gelieferte Zwischenbild wird nunmehr jedoch über zwei separate optische Elemente (40a, 40b) auf die beiden elektrooptischen Bildaufnehmer (50a, 50b) in den beiden Teil-Strahlengängen abgebildet.
Die beiden optischen Elemente (40a, 40b) bzw. die hierdurch definierten Teil-Strahlengänge sind dabei bereits in einem definierten Stereowinkel zueinander angeordnet, der über eine geeignete Mechanik auch variabel ausgelegt sein kann. Auch in diesem Ausführungsbeispiel sind die oben erwähnten Möglichkeiten zur Variation bzw. definierten Einstellung einer gewünschten Vergrösserung realisierbar.
Während demnach im ersten Ausführungsbeispiel der stereoskopischen Bildaufnahmevorrichtung in Fig. 1 das dem Objektiv (1) nachgeordnete optische System dem Teleskop-System aus Stereomikroskopen ähnelt, ist im zweiten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Bildaufnahmevorrichtung ein sogenanntes Greenough-System vorgesehen.
Ein schematisiertes Blockschaltbild einer erfindungsgemässen stereoskopischen Bildaufnahmevorrichtung mit einer nachgeordneten Einheit zur Darstellung dreidimensionaler Bilder ist in Fig. 3 skizziert.
Die Signale der elektrooptischen Bildaufnehmern (105a, 105b) werden dabei auf eine nachgeordnete Verarbeitungseinheit (110) durchgeschaltet. Die Verarbeitungseinheit (110) kann nunmehr ein sequentielles Stereobild auf einem geeigneten Display (120) liefern, bei dem die beiden stereoskopischen Teilbilder, aufgenommen durch die beiden elektrooptischen Bildaufnehmer (105a, 105b), als alternierende Halbbilder auf dem Display (120) präsentiert werden. Über eine geeignet synchronisierte Shutterbrille (130) ist für den Beobachter die dreidimensionale Wahrnehmung dieser Bilder möglich.
Eine geeignete Einheit zur Darstellung dreidimensionaler Bilder, d.h. der Verarbeitung der von den elektrooptischen Bildaufnehmern gelieferten Signale, ist etwa in der internationalen Patentanmeldung WO 93/08665 der Anmelderin explizit dargestellt.
Die erfindungsgemässe stereoskopische Bildaufnahmevorrichtung eignet sich vorteilhafterweise zum Einsatz im Operationssaal, wobei die erfindungsgemässe Vorrichtung beispielsweise an der Decke des OPs angeordnet ist und derart Bilder vom Operationsgeschehen liefert, die etwa von Assistenzpersonal etc. auf einem geeigneten Display verfolgt werden können. Bei einer derartigen Anordnung ist ferner eine Beleuchtungseinrichtung vorgesehen, die das interessierende Sehfeld mit der erforderlichen Intensität ausleuchtet.
Besonders vorteilhaft erweist sich dabei die integrierte Anordnung der erfindungsgemässen Vorrichtung in einer Operationsleuchte an der Decke des Operationssaales, um dergestalt eine kompakte Vorrichtung zur Verfügung zu haben. Justierprobleme für den Anwender wegen der erforderlichen Relativ-Justierung von Beleuchtung und erfindungsgemässer Bildaufnahme-Vorrichtung entfallen bei einer derartigen Kombination in einem einzigen Gehäuse. Neben der Verwendung im Operationssaal sind jedoch noch vielfältige weitere Einsatzmöglichkeiten für die erfindungsgemässe stereoskopische Bildaufnahmevorrichtung realisierbar.
The present invention relates to a stereoscopic image recording device.
In microsurgery, the field of vision viewed by the surgeon is usually viewed using an operating microscope. In addition to this direct observation of the field of interest of interest via a binocular observation tube arranged on the surgical microscope, there is also the possibility of coupling out parts of the observation beam paths on video cameras from the stereoscopic observation beam paths by means of suitable beam splitter elements and displaying them on a monitor.
However, it has always been problematic to appropriately divide the intensity ratios in the observation beam paths in order to obtain a sufficient intensity for the CCD arrays used by the video cameras. On the other hand, the intensity in the direct observation beam path must not be reduced in such a way that the surgeon no longer sees properly.
To solve this problem, US Pat. No. 4,987,488 has already suggested that the surgical microscope be replaced by a video camera arrangement. However, the arrangement proposed in this patent has the decisive disadvantage that it does not result in a stereoscopic, i.e. spatial impression of the field of view under consideration is guaranteed for the operating surgeon. However, this is imperative in order to carry out the microsurgical work with the required accuracy.
The object of the present invention is therefore to create a stereoscopic image recording device which ensures the most flexible possible use and furthermore ensures that the observer is given a three-dimensional overall impression of the field of view under consideration.
This object is achieved by a stereoscopic image recording device with the features of independent claim 1. Advantageous embodiments can be found in the dependent claims.
The stereoscopic image recording device according to the invention consists of the known optical system of a stereomicroscope including an objective assembly with a fixed focal length or focal length on the object side and optical elements arranged downstream of this objective assembly in two separate partial beam paths. These optical elements serve e.g. as a magnification change device and can be designed as a known Galileo changer or as a zoom magnification changer. On the image side, at least one electro-optical image sensor is arranged downstream of the optical elements in the partial beam paths.
According to the invention, a further lens is now arranged in front of the lens assembly with a fixed focal length or focal length on the object side, which offers the possibility of variable object-side distance adjustment. In addition, this lens can also be designed for a variable magnification of the object under consideration. On the image side, a defined, fixed position of the intermediate image generated by this lens in a corresponding intermediate image plane is required.
The image in this intermediate image plane is viewed via the subsequently arranged lens assembly or is further imaged on the electro-optical image recorders. The lens assembly and the lens for variable distance setting accordingly form a common lens system with an internal intermediate image in an intermediate image plane with a defined, fixed position. The stereoscopic image recording device according to the invention now ensures that focusing on the desired field of view can be carried out via a single optical lens system that is common to both partial beam paths. Furthermore, the setting of a desired enlargement can also be realized with it.
This is an immense advantage compared to stereo camera arrangements, for example, in which the focusing of the two convergent stereo cameras has to be synchronized in a complex manner. For example, US 4 999 713 may be mentioned as an example, in which the complex synchronization of two stereo camera zooms is described and the two camera units are also arranged at a single defined angle of convergence to one another.
Optical systems that correspond to both the Grenough type or the telescope type from stereomicroscopes can be arranged downstream of the lens for variable distance setting. Furthermore, further magnification levels can optionally be interposed at any time. Overall, this results in flexible use of the stereoscopic image recording device according to the invention.
In a further advantageous embodiment, the stereoscopic image recording device according to the invention comprises a unit for three-dimensional reproduction of the recorded images, which offers a spatial overall impression of the field of interest of interest to a large number of observers.
It also proves to be advantageous to equip the objective with an autofocusing system for variable distance setting. This ensures that the field of view of interest is shown in focus on a suitable display. A wide variety of autofocusing systems with passive or active mode of operation come into consideration.
In contrast to stereo camera arrangements, in which the two camera units are arranged at a defined, fixed angle of convergence with respect to one another, the device according to the invention furthermore enables the stereo base to be varied with the aid of an intermediate assembly, as described, for example, in utility model G 9 305 447.5 of the applicant and to which express reference is made here. Overall, a variable possibility of use for the device according to the invention is thus ensured.
Further advantages and details of the stereoscopic image recording device according to the invention result from the following description of exemplary embodiments with reference to the attached drawings.
It shows
1 shows a first exemplary embodiment of the optical system of the stereoscopic image recording device according to the invention with a common, fixed focal length objective for two partial beam paths;
2 shows a second exemplary embodiment of the optical system of the stereoscopic image recording device according to the invention with two separate partial objectives for two partial beam paths;
3 shows a schematic block diagram of a stereoscopic image recording device according to the invention with a downstream unit for displaying three-dimensional images.
1 schematically shows a first exemplary embodiment of the optical system of the stereoscopic image recording device according to the invention.
Reference symbol (1) here denotes a first lens, which enables a variable distance setting by the user on the object and also allows the magnification to be varied. Different object-side distance settings of this objective (1) are shown in FIG. 1 by the two object-side beam paths (A) and (B). Various known alternatives can be used for variable distance setting. So it is e.g. possible to move the entire lens (1) relative to the image plane according to the known mapping equation.
Furthermore, however, only one or more of the individual objective lenses can also be shifted, i.e. it is also possible to implement a front lens setting or internal focusing in a known manner in order to ensure the required variable distance setting.
What is essential in the alternatives mentioned is in each case only a defined, fixed image position of the intermediate image generated, which is imaged by the downstream optical system or viewed via this optical system, i.e. a constant focal length on the image side. The object-side focal length and / or the object-side focal length is variable in the different variants.
The lens (1) in the illustrated embodiment is designed as a lens with a fixed focal length and enables the focal length on the object side to be varied in the interval [INFINITY; 0.8m]. This - shown schematically - lens (1) has a known structure, such as a conventional photo lens, e.g. the Zeiss Planar T *, 1: 2, f = 110 mm. In the exemplary embodiment according to FIG. 1, three separate lenses are shown by way of example within the first objective (1), one or more of which are arranged so as to be displaceable along defined control curves, in order to allow the focal length or focal length to be varied in this way. The displacement of a single or a plurality of lenses can take place in a known manner manually or by motor, as is also known from photo lenses.
As already mentioned, this lens (1) can also be designed to be completely displaceable in order to ensure the variable distance setting.
The lens (1) now provides an image of the desired field of view in a defined intermediate image plane (3). The position of the image-side intermediate image plane (3) is fixed, i.e. there is a constant focal length of the objective (1) on the image side.
The intermediate image generated in the intermediate image plane (3) is imaged by the subsequently arranged lens assembly (2) via optical elements (4a, 4b) in two separate partial beams on two electro-optical image recorders (5a, 5b) arranged in these partial beam paths. The signals registered by means of the electro-optical image recorders (5a, 5b) can then be processed further in a known manner. Suitable electro-optical image recorders (5a, 5b) serve e.g. known CCD arrays, such as are known from video cameras.
In addition to the possibility of providing two separate electro-optical image recorders in the partial beam paths, it is also possible to use only a single electro-optical image pickup for both stereoscopic partial beam paths, which is acted upon sequentially by the two partial beam paths. For this purpose, a suitable shutter element is arranged in front of the respective electro-optical image sensor, which is synchronized with the signal output of the electro-optical image sensor. Suitable devices with a corresponding shutter element are described in some detail in the patent applications P 4 243 452.1 and P 4 243 556.0 of the applicant, to which reference is also expressly made here.
In Fig. 1, the transmission beam path of an active autofocusing system (17) is also shown in a schematic form, which projects a mark onto the field of view, which in turn is imaged on the lens (1) onto a photodetector (not shown). The in-focus position of the mark on the photodetector is clearly defined, so that if this marking is emigrated, a control circuit refocuses the objective (1) accordingly. A description of a suitable autofocusing system including a possible signal processing method is e.g. contained in the applicant's patent application P 4 131 737.8. As an alternative to the active autofocusing system outlined, however, any known other autofocusing system can also be used in conjunction with the device according to the invention.
As already mentioned, the device according to the invention offers various options for setting the magnification of the object details under consideration as desired. It is thus possible to design the lens (1) in the manner of a known zoom lens which, in addition to the variable distance setting, also offers the possibility of varying the imaging scale. The focal length on the image side is constant again, i.e. the defined position of the intermediate image plane.
Alternatively, as mentioned above, the lens (1) can also be designed only for distance adjustment with a fixed image-side focal length and the variable magnification via known magnification changers, e.g. Galileo changer or zoom magnification changer, in which stereoscopic partial beam paths are realized. The desired (detail) magnification is then set in the same manner as is known from conventional stereo microscopes. Furthermore, to vary the magnification, it is also possible to arrange one or more completely separate magnification stages between the intermediate image plane and the subsequent lens assembly.
In the exemplary embodiment in FIG. 1, the second objective assembly (2) was designed as a common optical element for the two partial beam paths. An alternative variant of the stereoscopic image recording device according to the invention is shown in FIG. 2. The first objective (10) of this exemplary embodiment and the corresponding beam paths (A min, B min) correspond to that of the first exemplary embodiment in FIG. 1. This means that there is a variable distance setting of the objective (10) on the object side and at the same time an image of the one under consideration Field of view in a defined first intermediate image plane (30) is guaranteed. However, the intermediate image supplied is now imaged on the two electro-optical image recorders (50a, 50b) in the two partial beam paths via two separate optical elements (40a, 40b).
The two optical elements (40a, 40b) or the partial beam paths defined thereby are already arranged at a defined stereo angle to one another, which can also be designed to be variable using a suitable mechanism. In this exemplary embodiment, too, the possibilities mentioned above for varying or defining a desired enlargement can be realized.
Accordingly, in the first exemplary embodiment of the stereoscopic image recording device in FIG. 1, the optical system arranged downstream of the objective (1) is similar to the telescope system made of stereomicroscopes, in the second exemplary embodiment of the image recording device according to the invention a so-called Greenough system is provided.
A schematic block diagram of an inventive stereoscopic image recording device with a downstream unit for displaying three-dimensional images is outlined in FIG. 3.
The signals from the electro-optical image recorders (105a, 105b) are switched through to a downstream processing unit (110). The processing unit (110) can now deliver a sequential stereo image on a suitable display (120), in which the two stereoscopic partial images, recorded by the two electro-optical image recorders (105a, 105b), are presented as alternating fields on the display (120). Suitable three-dimensional perception of these images is possible for the observer via suitably synchronized shutter glasses (130).
A suitable unit for displaying three-dimensional images, i.e. the processing of the signals supplied by the electro-optical image recorders is explicitly illustrated, for example, in the applicant's international patent application WO 93/08665.
The stereoscopic image recording device according to the invention is advantageously suitable for use in the operating room, the device according to the invention being arranged, for example, on the ceiling of the operating room and thus providing images of what is happening in the operation, which can be followed, for example, by assistant staff etc. on a suitable display. In such an arrangement, an illumination device is also provided which illuminates the field of interest of interest with the required intensity.
The integrated arrangement of the device according to the invention in an operating light on the ceiling of the operating room proves to be particularly advantageous in order to have a compact device available. Adjustment problems for the user because of the required relative adjustment of the lighting and the image recording device according to the invention are eliminated in such a combination in a single housing. In addition to the use in the operating room, however, there are many other possible uses for the stereoscopic image recording device according to the invention.