CH709830B1

CH709830B1 - Stereo object magnifier for imaging an object.

Info

Publication number: CH709830B1
Application number: CH00934/15A
Authority: CH
Inventors: -Ing Benedikt Schmalz Dipl
Original assignee: Dipl Ing Benedikt Schmalz
Priority date: 2014-06-29
Filing date: 2015-06-29
Publication date: 2019-06-14
Also published as: DE202015009995U1; CH709830A2; DE102015008213A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stereo-Objektvergrösserer zur Abbildung eines Objekts in Stereo. Über ein Objektiv (10) mit einer optischen Achse (11) und einer Objektebene (6) wird ein Objekt aus einem objektseitigen Strahlenbündel in ein bildseitiges Gesamt-Strahlenbündel (9) überführt. Dieses wird auf genau ein lichtempfindliches Element (23), wie einen CCD- oder CMOS-Sensor, abgebildet. Damit 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.The present invention relates to a stereo object magnifier for imaging an object in stereo. Via an objective (10) with an optical axis (11) and an object plane (6), an object is transferred from an object-side beam into an image-side overall beam (9). This is mapped to exactly one photosensitive element (23), such as a CCD or CMOS sensor. This is to provide a device that allows the surgeon and assistant to work independently of each other. The device should also make it possible to provide both the surgeon and the assistant with a working position which prevents fatigue caused by an unnatural working posture or working position.

Description

Beschreibung [0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Stereo-Objektvergrösserer zur Abbildung eines Objekts in Stereo gemäss den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche.Description [0001] The present invention relates to a stereo object magnifier for imaging an object in stereo according to the preambles of the independent claims.

[0002] Stereo-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.Stereo object magnifiers are preferably used in the medical field and in particular during operations. Various devices are known in the art for assisting physicians and surgeons with operations and / or displaying an item or area to be operated on enlarged.

[0003] Mit der DE 10 300 925 wurde beispielsweise ein System bekannt, welches mindestens einem Betrachter Freiheitsgrade hinsichtlich seiner Anordnung relativ zum beobachteten Objekt bieten soll.With DE 10 300 925, for example, a system has been known which should provide at least one viewer degrees of freedom in terms of its arrangement relative to the observed object.

Die Vorrichtung stellt ein stereoskopisches Bild zur Verfügung.The device provides a stereoscopic image.

Die meisten Ausführungen der Vorrichtung umfassen Systeme aus Linsen und Prismen, welche entlang einer optischen Achse aufgereiht sind und welche das abzubildende Objekt über Strahlenteiler in unterschiedliche Kanäle aufteilt. Diese Vorrichtungen sind mechanisch und optisch aufwendig und haben verschiedene Nachteile.Most embodiments of the device comprise systems of lenses and prisms, which are lined up along an optical axis and which divides the object to be imaged via beam splitter into different channels. These devices are mechanically and optically complex and have various disadvantages.

Die Strahlenteiler sowie die Blenden und Filter haben den Nachteil, dass sie im Teilerverhältnis das Licht teilen; es wird also bei diesen Ausführungsformen doppelt so viel Licht benötigt.The beam splitters and the diaphragms and filters have the disadvantage that they divide the light in the division ratio; In other words, twice as much light is required in these embodiments.

Der Haupt-Nachteil der Ausführungsformen der DE 10 300 925 ist aber, dass die Kameras nicht frei im Strahlengang beweglich sind, sondern maximal um die optische Achse gedreht werden können und sich die Kamerapaare bei Drehung erst noch im Weg sind.The main disadvantage of the embodiments of DE 10 300 925, however, is that the cameras are not freely movable in the beam path, but can be rotated at most around the optical axis and the camera pairs are still in the way of rotation.

Die Ausführungsformen mit den optischen Filtern bzw. Blenden haben zusätzlich den Nachteil, dass immer nur ein Teilstrahlenbündel auf die Kamera abgebildet wird, was bei vier Teilstrahlenbündeln eine vier mal höhere Abtastrate als Bildrate bedeutet, d.h. will man zwei Stereobilder mit 30 Bildern pro Sekunde anschauen, benötigt man eine Kamera mit 120 Bildern pro Sekunde. Des Weiteren ist bei dieser Ausführungsform eine aufwendige Mechanik oder Elektronik samt Filtern bzw. Blenden nötig, welche die Taktrate exakt ausgibt.The embodiments with the optical filters or diaphragms additionally have the disadvantage that only one partial beam is always imaged on the camera, which means four times higher sampling rate than frame rate with four partial beams. If you want to watch two stereo images at 30 frames per second, you need a camera with 120 frames per second. Furthermore, in this embodiment, a complex mechanism or electronics including filters or diaphragms is necessary, which outputs the clock rate exactly.

Eine weitere Ausführungsform benötigt acht Kameras mit dazugehörigen acht Kamera-Elektroniken und acht Verkabelungen, was einen grossen technischen Aufwand bedeutet.Another embodiment requires eight cameras with associated eight camera electronics and eight cabling, which means a great deal of technical effort.

[0004] 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 und möglichst frei wählbare Stereobilder des Objekts, sowohl betreffend Drehrichtung um die optische Achse als auch betreffend Stereo-Bildausschnitt des Objekts, zur Verfügung haben.It is an object of the invention to overcome the disadvantages of the prior art. In particular, a device is to be made available, which enables the surgeon and assistant to work independently of one another and to have freely selectable stereo images of the object, both with respect to the direction of rotation about the optical axis and with respect to the stereo image section of the object.

Die Vorrichtung soll es also ermöglichen, sowohl dem Chirurgen als auch dem Assistenten und allfälligen weiteren Operateuren Stereo-Bildausschnitte des Objekts für jegliche Arbeitsposition zur Verfügung zu stellen, welche Ermüdungserscheinungen, hervorgerufen durch eine unnatürliche Arbeitshaltung oder Arbeitsposition, unterbindet und gleichzeitig dem Chirurgen, dem Assistenten und weiteren Operateuren die für die Operation benötigten oder gewünschten Stereo-Bild-ausschnitte des Objekts aus dem Objektfeld frei wählbar zur Verfügung stellt.The device should thus make it possible to provide both the surgeon and the assistant and any further operators stereo image excerpts of the object for any work position, which fatigue caused by an unnatural work posture or working position, and at the same time the surgeon, the assistant and further operators who are required for the operation or desired stereo image excerpts of the object from the object field freely selectable provides.

[0005] Diese Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Patentansprüchen definierten Vorrichtungen gelöst. Weitere Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.This object is achieved by the devices defined in the independent claims. Further embodiments emerge from the dependent claims.

[0006] Der erfindungsgemässe Stereo-Objektvergrösserer ermöglicht es, Objekte in Stereo abzubilden, das heisst für beide Augen einen getrennten Strahlengang bereitzustellen, damit das Objekt bzw. Teile des Objekts aus unterschiedlichen Winkeln abgebildet werden, sodass ein räumlicher Bildeindruck entsteht.The inventive stereo object magnifier makes it possible to image objects in stereo, that is to provide a separate beam path for both eyes, so that the object or parts of the object are imaged from different angles, so that a spatial image impression is created.

[0007] Der erfindungsgemässe Stereo-Objektvergrösserer umfasst ein Objektiv 10 mit einer optischen Achse 11 und einer Objektebene 6, wobei das Objekt 7 im Wesentlichen über das Objektiv 10 aus einem objektseitigen Strahlenbündel im Winkelbereich 8 in ein bildseitiges Gesamt-Strahlenbündel 9 überführt wird.The inventive stereo Objektvergrösserer comprises an objective 10 having an optical axis 11 and an object plane 6, wherein the object 7 is substantially transferred via the lens 10 from an object-side beam in the angular range 8 in an image-side total beam 9.

Dieses bildseitige Gesamt-Strahlenbündel wird über eine Abbildungsoptik 19 auf genau ein lichtempfindliches Element 23 abgebildet, welches vorzugsweise als optischer Sensor beispielhaft ein CCD-Sensor oder CMOS-Sensor ausgebildet ist. Die Fläche dieses genau einen lichtempfindlichen Elements kann aus mehreren lichtempfindlichen Einzelelementen zusammengesetzt sein.This image-side overall beam is imaged via imaging optics 19 on exactly one photosensitive element 23, which is preferably designed as an optical sensor, for example a CCD sensor or CMOS sensor. The area of this one photosensitive element may be composed of a plurality of individual photosensitive elements.

[0008] In den folgenden Ausführungen und Zeichnungen werden Teilstrahlenbündel erwähnt. Bei einigen Figuren sind der Übersichtlichkeit wegen nur zwei Teilstrahlenbündel 2, 3 aufgenommen; auch in den Ausführungen werden zwei Teilstrahlenbündel erwähnt; die Erfindung beschränkt sich aber nicht auf nur zwei Teilstrahlenbündel, so sind bei allen Ausführungen mehr als zwei Teilstrahlenbündel möglich.Partial beams are mentioned in the following embodiments and drawings. In some figures, only two partial beams 2, 3 are included for the sake of clarity; also in the embodiments, two partial beams are mentioned; However, the invention is not limited to only two partial beams, so in all versions more than two partial beams are possible.

[0009] In einer ersten Ausführungsform wird das bildseitige Gesamt-Strahlenbündel 9 über die Abbildungsoptik 19 als Ganzes auf das lichtempfindliche Element abgebildet. Als Ganzes bedeutet, dass das vollständige bildseitige Gesamt-Strahlenbündel 9 über die entsprechende Abbildungsoptik 19 auch vollständig auf das lichtempfindliche Element 23 abgebildet wird.In a first embodiment, the image-side total beam 9 is imaged on the imaging element 19 as a whole on the photosensitive element. As a whole, the complete image-side overall beam 9 is also completely imaged onto the photosensitive element 23 via the corresponding imaging optics 19.

Dies ist beispielhaft in Fig. 1 und 2 dargestellt: das vollständige bildseitige Gesamt-Strahlenbündel 9 wird über die Abbildungsoptik 19 und dem entsprechenden Strahlenbündel 30 vollständig auf das lichtempfindliche Element 23 abgebildet. Dies hat den Vorteil, dass verschiedene Ausschnitte des lichtempfindliches Elements wahlfrei und damit verschiedene darauf abgebildete Teilstrahlenbündel wahlfrei für die Erzeugung von Stereobildern des Objekts auswählbar sind, es sind unendlich viele Kombinationen aus getrennten Strahlengängen für Stereo-Abbildungen möglich.This is illustrated by way of example in FIGS. 1 and 2: the complete image-side overall beam 9 is completely imaged onto the photosensitive element 23 via the imaging optics 19 and the corresponding beam 30. This has the advantage that different sections of the photosensitive element are optional and thus different sub-beams imaged thereon optionally selectable for the generation of stereo images of the object, there are an infinite number of combinations of separate beam paths for stereo images possible.

[0010] Damit können verschiedene Benutzer verschiedene Bereiche des Objekts in Stereo betrachten. Der Abstand des jeweiligen Teilstrahlenbündels zur optischen Achse ist damit variabel und die Stereobilder müssen nicht mehr um die optische Achse verlaufen, das heisst, der Betrachter kann ein Stereobild auswählen, bei dem die Achse durch den Mittelpunkt des rechten Bildes und linken Bildes und nicht zwangsläufig durch die optische Achse geht.This allows different users to view different areas of the object in stereo. The distance of the respective partial beam to the optical axis is thus variable and the stereo images no longer have to run around the optical axis, that is, the viewer can select a stereo image in which the axis through the center of the right image and left image and not necessarily by the optical axis goes.

[0011] Es können mehrere Teilstrahlenbündel sein, der Übersichtlichkeit halber werden in den Fig. 1 bis 3 nur zwei Teilstrahlenbündel 2, 3 dargestellt.There may be several partial beams, for the sake of clarity, only two partial beams 2, 3 are shown in Figs. 1 to 3.

Die Bilder des Objekts in Stereo werden bevorzugt der Bildwiedergabevorrichtung bereitgestellt, können aber auch in der Vorrichtung gespeichert werden.The images of the object in stereo are preferably provided to the image display device, but may also be stored in the device.

[0012] In einer weiteren Ausführungsform des Stereo-Objektvergrösserers wird das bildseitige Gesamt-Strahlenbündel 9 über die Abbildungsoptik 19 in zwei oder mehrere im wesentlichen parallele bildseitige Teilstrahlenbündel 2, 3 auf genau ein lichtempfindliches Element abgebildet. Es können mehrere Teilstrahlenbündel sein, der Übersichtlichkeit halber werden in den Fig. 1 bis 3 nur zwei Teilstrahlenbündel 2, 3 dargestellt.In a further embodiment of the stereo Objectvergrösserers the image-side total beam 9 is imaged via the imaging optics 19 in two or more substantially parallel image-side partial beams 2, 3 on exactly one photosensitive element. There may be several partial beams, for the sake of clarity, only two partial beams 2, 3 are shown in FIGS. 1 to 3.

[0013] Die bildseitigen Teilstrahlenbündel 2, 3 sind parallel zur optische Achse drehbar und/oder in XY-Richtung senkrecht zur optischen Achse verschiebbar ausgebildet. Die bildseitigen Teilstrahlenbündel können als Vergrösserungs-System oder als System zum Einstellen der Bildschärfe oder als System zum Einstellen des Arbeitsabstandes ausgebildet sein. Das bedeutet, dass in dieser Ausführungsform quasi auch das bildseitige Gesamt-Strahlenbündel 9 als Ganzes auf das lichtempfindliche Element abgebildet wird, mit dem Unterschied, dass nur die Teilbereiche der bildseitigen Teilstrahlenbündel vergrössert, scharf oder mit eingestelltem Arbeitsabstand auf das lichtempfindliche Element abgebildet werden. Somit wird in dieser Ausführungsform die Wahlfreiheit der Ausschnitte des lichtempfindliches Elements und damit die Wahlfreiheit verschiedener darauf abgebildeter Teilstrahlenbündel für die Erzeugung von Stereobildern des Objekts durch die parallel zur optischen Achse drehbaren und/oder in XY-Richtung senkrecht zur optischen Achse verschiebbaren als Vergrösserungs-, Bildschärfeeinstellungs- oder Arbeitsabstandeinstellungs-System ausgebildeten Teilstrahlenbündel ermöglicht.The image-side partial beams 2, 3 are rotatable parallel to the optical axis and / or designed to be displaceable in the XY direction perpendicular to the optical axis. The image-side partial beams may be formed as a magnification system or as a system for adjusting the image sharpness or as a system for adjusting the working distance. This means that in this embodiment, as it were, the image-side overall beam 9 as a whole is imaged onto the photosensitive element, with the difference that only the subareas of the image-side partial beams are magnified, sharply focused or with adjusted working distance on the photosensitive element. Thus, in this embodiment, the freedom of choice of the sections of the photosensitive element and thus the freedom of various sub-beams imaged thereon for the generation of stereo images of the object by the parallel to the optical axis rotatable and / or in the XY direction perpendicular to the optical axis displaceable as magnification, Focusing or working distance adjustment system trained partial beams allows.

Damit existieren unendlich viele Kombinationen aus getrennten Strahlengängen für Stereo-Abbildungen.Thus there are infinitely many combinations of separate beam paths for stereo images.

[0014] Der grosse Vorteil zum Stand der Technik liegt darin, dass für beispielsweise sechs als Vergrösserungs-System ausgebildete Teilstrahlenbündel nur ein lichtempfindliches Element und nur eine Kameraelektronik und nur eine Verkabelung anstatt sechs benötigt wird.The big advantage of the prior art is that, for example, six designed as a magnification system partial beams only a photosensitive element and only a camera electronics and only one wiring instead of six is needed.

Ein weiterer grosser Vorteil besteht darin, dass für beispielhaft vier als Vergrösserungs-System ausgebildete Teilstrahlenbündel die in XY-Richtung senkrecht zur optischen Achse beweglich ausgebildet sind, die Teilstrahlenbündel-Vergrösse-rungssysteme so bewegt werden, dass die auf dem lichtempfindlichen Element abgebildeten Teilstrahlenbündel als Ausschnitte des lichtempfindlichen Elements für die Erzeugung von Stereobildern des Objekts wahlfrei herangezogen werden. Verschiedene Ausschnitte des lichtempfindliches Elements werden durch Bewegen der Teilstrahlenbündel-Vergrösse-rungssysteme wahlfrei für die Erzeugung von Stereobildern des Objekts ausgewählt, damit sind unendlich viele Kombinationen aus getrennten Strahlengängen für Stereo-Abbildungen möglich.A further great advantage consists in that, for example, four sub-beams designed as magnification systems which are movable in the XY direction perpendicular to the optical axis, the sub-beam magnification systems are moved so that the partial beams imaged on the photosensitive element as cutouts of the photosensitive element for the generation of stereo images of the object are used optionally. Various sections of the photosensitive element are randomly selected by moving the sub-beam magnification systems to produce stereo images of the object, thus allowing infinite combinations of separate beam paths for stereo imaging.

[0015] Die Teilstrahlenbündel sind in XY-Richtung frei beweglich, sie sind sich nur eventuell mechanisch im Weg. Dies kann durch horizontales Versetzten in Richtung der Drehachse verhindert werden.The partial beams are freely movable in the XY direction, they are only possibly mechanically in the way. This can be prevented by horizontal offset in the direction of the axis of rotation.

Eine bessere Lösung für das mechanische Im-Weg-Sein ist es, die Teilstrahlenbündel-Vergrösserungssysteme beispielsweise rechteckig auszugestalten. Zwei nebeneinander stehende rechteckige Teilstrahlenbündel-Vergrösserungssysteme werden dann mit dem durch sie abgedeckten grossen Ausschnitt des lichtempfindliches Elements der Teil-Strahlenbündel für die Erzeugung von Stereobildern des Objekts herangezogen.A better solution for the mechanical way of being away is, for example, to design the partial beam magnification systems rectangularly. Two juxtaposed rectangular partial beam magnification systems are then used with the covered by them large section of the photosensitive element of the partial beam for the production of stereo images of the object.

[0016] Das lichtempfindliche Element ist vorzugsweise ein optischen Sensor wie ein CCD-Sensor oder CMOS-Sensor, wobei die Fläche dieses genau einen lichtempfindlichen Elements aus mehreren lichtempfindlichen Einzelelementen zusammengesetzt sein kann.The photosensitive element is preferably an optical sensor such as a CCD sensor or CMOS sensor, the surface of which may be composed of exactly one photosensitive element of a plurality of individual photosensitive elements.

[0017] Der Stereo-Objektvergrösserer umfasst eine Vorrichtung, welche es erlaubt, die Teilstrahlenbündel, also beispielsweise die einzelnen Vergrösserungs-Systeme, parallel zur optische Achse zu drehen und/oder in XY-Richtung senkrecht zur optischen Achse zu verschieben. Damit werden die Bilder der lichtempfindlichen Elemente, vorzugsweise des optischen Sensors zur Stereo-Abbildung des Objekts ausgewählt, das heisst, der Benutzer kann die Abbildung des Objekts in Stereo im Rahmen der mechanischen Beweglichkeit der beispielsweise Vergrösserungs-Systeme in XY-Richtung oder in Drehrichtung frei wählen.The stereo Objectvergrösserer comprises a device which allows the partial beams, so for example, the individual magnification systems to rotate parallel to the optical axis and / or to move in the XY direction perpendicular to the optical axis. Thus, the images of the photosensitive elements, preferably the optical sensor for stereo imaging of the object are selected, that is, the user can free the image of the object in stereo in the mechanical mobility of, for example, magnification systems in the XY direction or in the direction of rotation choose.

[0018] In einer anderen Ausführungsform des Stereo-Objektvergrösserers wird das bildseitige Gesamt-Strahlenbündel 9 in zwei oder mehrere im wesentlichen parallele bildseitige Teilstrahlenbündel 2, 3, 4, 5 - es können mehr Teilstrahlenbündel sein, der Übersichtlichkeit halber werden in den Figuren nur zwei bzw. vier dargestellt - überführt, wobei jedes parallele bildseitige Teilstrahlenbündel auf ein oder mehrere lichtempfindliche Elemente, vorzugsweise optische Sensoren wie CCD-Sensoren oder CMOS-Sensoren, abgebildet wird, welche in XY-Richtung senkrecht zur optischen Achse im bildseitigen Gesamt-Strahlenbündel wahlfrei positionierbar sind. Die Fläche dieser lichtempfindlichen Elemente kann aus mehreren lichtempfindlichen Einzelelementen zusammengesetzt sein.In another embodiment of the stereo Objectvergrösserers the image-side total beam 9 in two or more substantially parallel image-side partial beams 2, 3, 4, 5 - it may be more partial beams, for clarity, only two in the figures or four shown, wherein each parallel image-side partial beam is imaged onto one or more photosensitive elements, preferably optical sensors such as CCD sensors or CMOS sensors, which can be optionally positioned in the XY direction perpendicular to the optical axis in the image-side overall beam are. The surface of these photosensitive elements may be composed of a plurality of individual photosensitive elements.

[0019] Die Positionierung in XY-Richtung senkrecht zur optischen Achse wird beispielsweise mit einem oder mehreren XY-Tischen, XY-Schlitten oder XY-Kreuztischen durchgeführt, welche motorisch angetrieben sind. Denkbar sind auch XY-Seilzüge. Sollen für zwei Beobachter, die unabhängig voneinander arbeiten wollen, beispielhaft vier parallele lichtempfindliche Elemente in XY-Richtung senkrecht zur optischen Achse im bildseitigen Gesamt-Strahlenbündel als vier Teilstrahlenbündeln wahlfrei positionierbar sein, können diese in zwei oder vier übereinanderliegenden XY-Kreuztischen angeordnet sein. Das empfiehlt sich vor allem, wenn die Teilstrahlenbündel mit beispielsweise Vergrösserungs-Systemen oder Systemen zum Einstellen der Bildschärfe oder zum Einstellen des Arbeitsabstandes ausgestattet sind, welche vor dem jeweiligen lichtempfindlichen Element, vorzugsweise optischen Sensor, angeordnet sind und damit mit den lichtempfindlichen Elementen in XY-Richtung senkrecht zur optischen Achse mitfahren.The positioning in the XY direction perpendicular to the optical axis is carried out, for example, with one or more XY tables, XY slides or XY stages, which are driven by a motor. Also conceivable are XY cables. For two observers who want to work independently, four parallel light-sensitive elements in the XY direction perpendicular to the optical axis in the image-side total beam as four partial beams to be positioned optionally, they can be arranged in two or four superimposed XY cross tables. This is particularly recommended when the partial beams are equipped with, for example, magnification systems or systems for adjusting the image sharpness or for adjusting the working distance, which are arranged in front of the respective photosensitive element, preferably optical sensor, and thus with the photosensitive elements in XY. Drive along the direction perpendicular to the optical axis.

[0020] Denkbar sind aber auch beispielhaft vier XY-Tische in gleicher Ebene, welche sich die Bereiche des Gesamt-Strahlenbündels teilen, also in Teilbereichen des bildseitigen Gesamt-Strahlenbündels wahlfrei positionierbar sind.Also conceivable, however, four XY tables in the same plane, which divide the areas of the total beam, so are optionally positionable in sub-areas of the image-side total beam.

Diese Vorrichtung erlaubt es, die lichtempfindlichen Elemente in XY-Richtung und damit die Teilstrahlenbündel, welche beispielsweise als Vergrösserungs-Systeme ausgebildet sind, wahlfrei im bildseitigen Gesamt-Strahlenbündel zu positionieren, um Bilder der lichtempfindlichen Elemente, vorzugsweise des optischen Sensors, für die Stereo-Abbildung des Objekts auszuwählen und diese bevorzugt der Bildwiedergabevorrichtung bereitzustellen und/oder in der Vorrichtung zu speichern. Der Stereo-Objektvergrösserer kann mit einer Bildwiedergabevorrichtung zur Abbildung des Objekts ausgestattet sein, wobei die Übertragung der Bildinformation von dem lichtempfindlichen Element, bzw. von seiner Elektronik-Vorrichtung, zur Bildwiedergabevorrichtung vorzugsweise elektrisch oder elektro-optisch kabellos oder mit Kabeln erfolgt. Elektro-optisch bedeutet, dass die Bilder vor der Übertragung in der Elektronik-Vorrichtung des lichtempfindlichen Elements in optische Signale umgewandelt werden und die optische Signale in der Bildwiedergabevorrichtung wieder in elektrische umgewandelt werden, d.h. eine optische Daten-Schnittstelle ausgebildet ist. Die Bildwiedergabevorrichtung kann mit einem Speicher zum Speichern der Stereoabbildungen ausgestattet sein.This device makes it possible to position the light-sensitive elements in the XY direction and thus the partial beams, which are formed, for example, as magnification systems, optionally in the image-side overall beam to photos of the photosensitive elements, preferably the optical sensor, for the stereo. Select image of the object and preferably to provide the image display device and / or to store in the device. The stereo object magnifier can be equipped with an image reproduction device for imaging the object, wherein the transmission of the image information from the photosensitive element, or from its electronic device, to the image reproduction device preferably takes place electrically or electro-optically wirelessly or with cables. Electro-optic means that the images are converted into optical signals prior to transmission in the electronics device of the photosensitive element and the optical signals in the image display device are converted back to electrical, i. an optical data interface is formed. The image display device may be equipped with a memory for storing the stereo images.

[0021] Der Stereo-Objektvergrösserer kann mit einem System zum Einstellen der Bildschärfe oder zum Einstellen des Arbeitsabstandes ausgebildet sein, welches das Abbild des Objekts über das Gesamt-Strahlenbündel erfasst. Ebenso kann der Stereo-Objektvergrösserer mit einem Vergrösserungs-System ausgestattet sein, welches ein Abbild des Objekts über das Gesamt-Strahlenbündel vergrössert.The stereo object magnifier may be formed with a system for adjusting the image sharpness or for adjusting the working distance, which detects the image of the object over the entire beam. Likewise, the stereo object magnifier may be equipped with a magnification system which magnifies an image of the object over the entire beam.

[0022] Des Weiteren kann der Stereo-Objektvergrösserer mit einer Abbildungsoptik ausgestattet sein, welche das Abbild des Objekts auf das/die jeweilige(n) lichtempfindliche(n) Element(e), vorzugsweise optische(n) Sensor(en), entweder über das Gesamt-Strahlenbündel oder die Teilstrahlenbündel abbildet. Diese dienen zur Anpassung der Abbildung des Gesamt-Strahlenbündels bzw. der Teilstrahlenbündel an die Grösse des bzw. der lichtempfindlichen Elements/-e.Furthermore, the stereo object magnifier can be equipped with imaging optics which transmit the image of the object to the respective photosensitive element (s), preferably optical sensor (s), either via the total beam or the partial beam is formed. These serve to adapt the image of the total beam or of the partial beams to the size of the photosensitive element (s).

[0023] In den Figuren werden verschiedene Ausführungsformen des Stereo-Objektvergrösserers gezeigt: [0024] Die Fig. 1, 2 und 3 zeigen den erfindungsgemässen Stereo-Objektvergrösserer umfassend ein Objektiv 10 mit einer optischen Achse 11 und einer Objektebene 6, wobei das Objekt 7 im Wesentlichen über das Objektiv 10 aus einem objektseitigen Strahlenbündel mit dem Winkelbereich 8 in ein bildseitiges Gesamt-Strahlenbündel 9 überführt wird. Dieses bildseitige Gesamt-Strahlenbündel wird auf genau ein lichtempfindliches Element 23 abgebildet, welches vorzugsweise ein optischer Sensor ist.Different embodiments of the stereo object magnifier are shown in the figures: FIGS. 1, 2 and 3 show the inventive stereo object magnifier comprising an objective 10 with an optical axis 11 and an object plane 6, wherein the object 7 is transferred substantially via the lens 10 from an object-side beam with the angular range 8 in an image-side overall beam 9. This image-side overall beam is imaged onto exactly one photosensitive element 23, which is preferably an optical sensor.

[0025] Im Stereo-Objektvergrösserer der Fig. 2 wird das bildseitige Gesamt-Strahlenbündel 9 als Ganzes auf das lichtempfindliche Element 23 abgebildet. Damit sind verschiedene Ausschnitte des lichtempfindliches Elements und damit beliebige Teilstrahlenbündel wahlfrei für die Stereobilder des Objekts auswählbar. Der Abstand der jeweiligen beliebig ausgewählten Teilstrahlenbündel 2 oder 3 zur optischen Achse ist damit variabel und die Stereobilder müssen nicht mehr um die optische Achse verlaufen, der Betrachter kann beispielsweise ein Stereobild auswählen, bei dem die Achse durch den Mittelpunkt des rechten Bildes und durch den Mittelpunkt des linken Bildes und nicht durch die optische Achse geht, wie in Fig. 8 als Draufsicht gezeigt.In the stereo object magnifier of FIG. 2, the image-side overall beam 9 is imaged as a whole on the photosensitive element 23. Thus, different sections of the photosensitive element and thus arbitrary partial beams are optional for the stereo images of the object selectable. The distance of the respective arbitrarily selected partial beams 2 or 3 to the optical axis is thus variable and the stereo images no longer have to run around the optical axis, the viewer can, for example, select a stereo image in which the axis through the center of the right image and through the center of the left image and not through the optical axis, as shown in Fig. 8 in plan view.

Der Stereo-Objektvergrösserer der Fig. 2 enthält weiterhin ein System zum Einstellen der Bildschärfe oder zum Einstellen des Arbeitsabstandes 18, welches das Abbild des Objekts über das Gesamt-Strahlenbündel erfasst, ein Vergrösserungs-System 17, welches das Abbild des Objekts über das Gesamt-Strahlenbündel vergrössert sowie eine Abbildungsoptik 19, welche das Abbild des Objekts auf das lichtempfindliche Element über das Gesamt-Strahlenbündel abbildet.The stereo object magnifier of FIG. 2 further includes a system for adjusting the image sharpness or for adjusting the working distance 18 which captures the image of the object over the total beam, an enlargement system 17 which displays the image of the object over the total image. Increases the beam and an imaging optics 19, which images the image of the object on the photosensitive element over the entire beam.

[0026] In den Stereo-Objektvergrösserern der Fig. 1 und 3 wird das bildseitige Gesamt-Strahlenbündel 9 in zwei oder mehrere im Wesentlichen parallele bildseitige Teilstrahlenbündel 2 und 3 überführt, indem ein Vergrösserungs-System 16 ausgebildet ist, welches nur Teile des Gesamt-Strahlenbündels vergrössert. Diese bildseitigen Teilstrahlenbündel 2 und 3 werden auf genau ein lichtempfindliches Element abgebildet. Es können mehr Teilstrahlenbündel im Stereo-Objektvergrösserer ausgebildet sein, z.B. Teilstrahlenbündel 2, 3, 4, 5; der Übersichtlichkeit halber werden hier nur zwei dargestellt.In the stereo object magnifiers of FIGS. 1 and 3, the image-side overall beam 9 is converted into two or more substantially parallel image-side partial beams 2 and 3 by forming an enlargement system 16, which only parts of the overall beam. Beam increased. These image-side partial beams 2 and 3 are imaged on exactly one photosensitive element. More sub-beams may be formed in the stereo object magnifier, e.g. Partial beams 2, 3, 4, 5; for the sake of clarity, only two are shown here.

[0027] Die bildseitigen Teilstrahlenbündel 2 und 3, die in den Fig. 1 und 3 als Vergrösserungs-System 16 ausgebildet sind, sind parallel zur optische Achse drehbar und/oder in XY-Richtung senkrecht zur optischen Achse verschiebbar. Der Stereo-Objektvergrösserer der Fig. 1 enthält weiterhin ein System zum Einstellen der Bildschärfe oder zum Einstellen des Arbeitsabstandes 18, welches das Abbild des Objekts über das Gesamt-Strahlenbündel erfasst.The image-side partial beams 2 and 3, which are formed in Figs. 1 and 3 as a magnification system 16, are rotatable parallel to the optical axis and / or in the XY direction perpendicular to the optical axis. The stereo object magnifier of Figure 1 further includes a system for adjusting image sharpness or adjusting the working distance 18 which captures the image of the object over the total beam.

Die Stereo-Objektvergrösserer der Fig. 1 und 3 enthalten eine Abbildungsoptik 19, welche das Abbild des Objekts auf das lichtempfindliche Element über das Gesamt-Strahlenbündel abbildet.The stereo object magnifiers of Figures 1 and 3 include imaging optics 19 which image the image of the object onto the photosensitive element over the entire beam.

[0028] Die Fig. 4 zeigt einen Stereo-Objektvergrösserer, bei dem das bildseitige Gesamt-Strahlenbündel 9 in vier im Wesentlichen parallele bildseitige Teilstrahlenbündel 2, 3, 4 und 5 (es können mehr Teilstrahlenbündel sein, der Übersichtlichkeit halber werden in den Figuren nur vier dargestellt) überführt werden und jedes parallele bildseitige Teilstrahlenbündel 2, 3, 4 und 5 auf je ein lichtempfindliches Element 22 abgebildet wird, welche in XY-Richtung senkrecht zur optischen Achse in Teilbereichen des bildseitigen Gesamt-Strahlenbündel wahlfrei positionierbar sind.4 shows a stereo Objektvergrösserer, in which the image-side total beam 9 in four substantially parallel image-side partial beams 2, 3, 4 and 5 (there may be more partial beams, for the sake of clarity, in the figures only four shown) are transferred and each parallel image-side partial beams 2, 3, 4 and 5 is imaged on each of a photosensitive element 22, which are optionally positionable in the XY direction perpendicular to the optical axis in partial areas of the image-side overall beam.

Die Teilbereiche sind durch vier XY-Tische 29 realisiert, in welchen jeweils die lichtempfindlichen Elemente 22 und damit die Teilstrahlenbündel 2, 3, 4 und 5 in den Teilbereichen wahlfrei positionierbar sind. Die lichtempfindlichen Elemente 22 sind jeweils mit einem Vergrösserungs-System 21 und einer Abbildungsoptik 20 ausgebildet.The subregions are realized by four XY stages 29 in which the photosensitive elements 22 and thus the partial beams 2, 3, 4 and 5 can be optionally positioned in the subregions. The photosensitive elements 22 are each formed with a magnification system 21 and an imaging optics 20.

Der Stereo-Objektvergrösserer der Fig. 4 enthält ein System zum Einstellen der Bildschärfe oder zum Einstellen des Arbeitsabstandes 18, welches das Abbild des Objekts über das Gesamt-Strahlenbündel erfasst.The stereo object magnifier of Figure 4 includes a system for adjusting the focus or adjusting the working distance 18 which captures the image of the object over the entire beam.

[0029] Fig. 5 zeigt verschiedene Varianten der XY-Tische;Fig. 5 shows different variants of the XY tables;

Fig. 5a zeigt vier XY-Tische 29, in welchen jeweils die lichtempfindlichen Elemente 22 und damit die Teilstrahlenbündel 2, 3, 4, 5 in den Teilbereichen wahlfrei positionierbar sind.5a shows four XY-tables 29, in which the photosensitive elements 22 and thus the partial beams 2, 3, 4, 5 are optionally positionable in the subregions.

Fig. 5b zeigt einen XY-Tisch 26, in dem die lichtempfindlichen Elemente 22 in zwei übereinanderliegenden XY-Bahnen in XY-Richtung senkrecht zur optischen Achse wahlfrei im bildseitigen Gesamt-Strahlenbündel positionierbar sind.Fig. 5b shows an XY table 26, in which the photosensitive elements 22 in two superimposed XY paths in the XY direction perpendicular to the optical axis are optionally positionable in the image-side overall beam.

Fig. 5c zeigt einen XY-Tisch 27, in dem die lichtempfindlichen Elemente 22 in zwei übereinanderliegenden XY-Bahnen wahlfrei im bildseitigen Gesamt-Strahlenbündel positionierbar sind, um Bilder der lichtempfindlichen Elemente für die Stereo-Abbildung des Objekts auszuwählen.Fig. 5c shows an XY stage 27 in which the photosensitive elements 22 can be positioned in two superimposed XY-tracks optionally in the total image-side beam to select images of the photosensitive elements for stereo imaging of the object.

[0030] Fig. 6 zeigt ein lichtempfindliches Element 22, vorzugsweise einen optischen Bildsensor, der mit einem Vergrösserungs-System 21 und einer Abbildungsoptik 20 realisiert ist und damit ein Teilstrahlenbündel darstellt.Fig. 6 shows a photosensitive element 22, preferably an optical image sensor, which is realized with a magnification system 21 and an imaging optics 20 and thus constitutes a partial beam.

[0031] Fig. 7 zeigt eine Ausführungsform eines lichtempfindlichen Elements 28 von der Unterseite, welches aus zwei lichtempfindlichen Elementen 24 und 25 besteht, die beispielsweise für verschiedene Empfindlichkeiten oder verschiedene Wellenlängen wie sichtbarer und nichtsichtbarer Bereich ausgelegt sind.Fig. 7 shows an embodiment of a photosensitive element 28 from the bottom, which consists of two photosensitive elements 24 and 25, which are designed for example for different sensitivities or different wavelengths such as visible and non-visible range.

[0032] Fig. 8 zeigt ein Stereobild als Draufsicht, bei dem die Achse durch den Mittelpunkt des rechten Bildes und durch den Mittelpunkt des linken Bildes und nicht durch die optische Achse 11 geht. Das rechte Teilstrahlenbündel 2 und damit das Bild für das rechte Auge und das linke Teilstrahlenbündel 3 und damit das Bild für das linke Auge ergeben ein Stereobild, welches nicht durch die optische Achse 11 geht. Damit kann der Benutzer Stereobilder betrachten, welche wahlfrei aus dem Gesamt-Strahlenbündel ausgewählt werden.Fig. 8 shows a stereo image as a plan view in which the axis passes through the center of the right image and through the center of the left image and not through the optical axis 11. The right partial beam 2 and thus the image for the right eye and the left partial beam 3 and thus the image for the left eye result in a stereo image which does not pass through the optical axis 11. This allows the user to view stereo images which are optionally selected from the overall beam.

Claims

claims

1. A stereo object magnifier for imaging an object in stereo, comprising an objective (10) with an optical axis (11) and an object plane (6), wherein the object substantially over the objective (10) from an object-side beam in the angular range ( 8) is converted into an image-side overall beam (9), said image-side overall beam (9) as a whole completely via an imaging optics to exactly one photosensitive element (23), preferably an optical sensor such as a CCD sensor or CMOS Sensor, is shown and optional pairs of sections of the photosensitive element (23) and thus optionally in pairs two or more partial beams are used for the generation of one or more stereo images of the object.

2. Stereo Objektvergrösserer according to claim 1, wherein the image-side total beam is a substantially parallel total beam (9).

3. stereo object magnifier according to claim 1 and 2, wherein the image-side total beam (9) are transferred into at least two substantially parallel image-side partial beams, wherein the parallel image-side partial beams are in the one image-side overall beam (9) and parts of the image-side overall beam (9) and this image-side beam as a whole to exactly one photosensitive element (23), preferably an optical sensor such as a CCD sensor or CMOS sensor, is shown.

4. Stereo object magnifier according to claim 3, wherein the stereo Objectvergrösserer contains a magnification system which magnifies the images of the partial beams and images on the photosensitive element and in which the partial beams parallel to the optical axis (11) rotatable and / or in XY Direction are displaceable perpendicular to the optical axis and optionally generates one or more stereo images of the object with paired sections of the photosensitive element (23).

5. Stereo object magnifier according to one of claims 3 or 4, wherein the stereo Objectvergrösserer contains a system for adjusting the image sharpness or for adjusting the working distance, which detects the partial beams (2, 3) and images on the photosensitive element (23), and in which the partial beams parallel to the optical axis (11) are rotatable and / or substantially in the XY direction perpendicular to the optical axis (11) and optionally generates one or more stereo images of the object with paired sections of the photosensitive element (23) ,

6. Stereo object magnifier according to one of claims 1 or 2, comprising an electronic unit, which allows optional image sections from the photosensitive element (23), preferably the optical sensor to select for stereo imaging of the object, which preferably provided the image display device and / or stored in the electronic unit.

7. Stereo Objectvergrösserer according to one of claims 3 to 5, comprising an optoelectronic unit, which allows the partial beams parallel to the optical axis (11) to rotate and / or substantially in the XY direction perpendicular to the optical axis (11) shift to select images of the photosensitive elements, preferably the optical sensor, for stereo imaging of the object, which may preferably be provided to the image display device and / or stored in the electronic unit.

8. Stereo object magnifier for imaging an object in stereo, comprising an objective (10) with an optical axis (11) and an object plane (6), wherein the object substantially over the objective (10) from an object-side beam in the angular range ( 8) is converted into an image-side parallel overall beam (9), wherein the image-side total beam (9) is converted into at least two parallel image-side partial beams (2, 3), wherein the parallel image-side partial beams (2, 3) in the one image-side overall beam (9) and are parts of the image-side total beam (9), wherein the parallel image-side partial beams (2, 3) on each one or more photosensitive elements (22), preferably optical sensors such as CCD sensors or CMOS sensors, which are substantially in the XY direction perpendicular to the optical axis (11) in each case a partial region of the image-side G m total beam (9) are optionally positionable and thus optionally in pairs two or more partial beams (2, 3) are used for the generation of one or more stereo images of the object.

9. stereo object magnifier according to claims 8, comprising an electronic unit for optional positioning of the photosensitive elements (22), preferably optical sensors, substantially in the XY direction perpendicular to the optical axis (11), to optionally image sections for stereo imaging of the object which may preferably be provided to the image display device and / or stored in the electronic unit.

10. Stereo object magnifier according to one of claims 8 to 9, wherein the stereo Objectvergrösserer contains a magnification system which enlarges the image of the partial beams (2,3), each sub-beam (2, 3) on its own part Magnification system is shown, which is arranged in front of the respective photosensitive element (22), preferably optical sensor, and thus also in the XY direction perpendicular to the optical axis (11) can be optionally positioned.

11. Stereo object magnifier according to one of claims 8 to 10, wherein the stereo Objektvergrösserer includes a system for adjusting the image sharpness or for adjusting the working distance, each sub-beam (2, 3) on a separate sub-system for adjusting the sharpness or for adjusting the working distance is shown, which is arranged in front of the respective photosensitive element, preferably optical sensor, and thus also in the XY direction perpendicular to the optical axis (11) is optionally positionable.

12. Stereo Objektvergrösserer according to any one of claims 8 to 11, comprising an optoelectronic unit, which allows the sub-beams (2, 3) with their photosensitive elements (22) to selectively position to photos of the photosensitive elements (22), preferably of the optical sensor to select for stereo imaging of the object, which are preferably provided to the image display device and / or stored in the electronic unit.

13. A stereo object magnifier according to one of the preceding claims, wherein the stereo object magnifier is equipped with the one or more image display devices for imaging the object, wherein the transmission of the image information from the photosensitive element to the image display devices preferably electrically or electro-optically wireless or with Cables take place.

14. Stereo object magnifier according to one of the preceding claims, wherein the stereo object magnifier comprises a position detection of the user and the images for imaging the object according to the position of the user to the optical axis (11) can be displayed and is preferably motion coupled or bewegungskoppelbar.

15. Stereo object magnifier according to one of the preceding claims, wherein the stereo Objectvergrösserer comprises a device by which the images for imaging the object according to the position of the image display device to the optical axis (11) can be displayed and which is preferably motion coupled or bewegungskoppelbar.

16. Stereo object magnifier according to one of the preceding claims, wherein the stereo object magnifier includes a system for adjusting the image sharpness or for adjusting the working distance, which detects the image of the object over the entire beam (9).

17. Stereo object magnifier according to one of the preceding claims, wherein the stereo object magnifier includes a Vergrös-serungs system which increases the image of the object over the entire beam.

18. Stereo object magnifier according to one of the preceding claims, wherein the stereo Objectvergrösserer comprises imaging optics which the image of the object on the / the respective (s) photosensitive element (s), preferably optical (n) sensors either via the total beam (9) or the partial beams (2,3) is formed.

19. Stereo object magnifier according to one of the preceding claims, wherein the image display device for stabilizing the image has an image stabilizer.

20. Stereo object magnifier according to one of the preceding claims, wherein the stereo Objectvergrösserer includes a system for adjusting the image sharpness or for adjusting the working distance, the working distance and the image sharpness are automatically detected and wherein the setting of the image sharpness and the setting of the working distance automatically he follows.

21. Stereo Objektvergrösserer according to one of the preceding claims, wherein the stereo Objektvergrösserer comprises a lighting.

22. Stereo object magnifier according to one of the preceding claims, wherein the stereo Objectvergrösserer has a plurality of photosensitive elements (22) with different receiving areas, wherein the receiving areas are preferably divided into visible light and non-visible light above and not visible light below the visible light.

23. Stereo Objektvergrösserer according to any one of the preceding claims, wherein the stereo Objektvergrösserer photosensitive elements (22) having a recording range of the wavelengths of 200 nm to 1500 nm.

24. Stereo Objektvergrösserer according to any one of the preceding claims, wherein the stereo Objektvergrösserer photosensitive elements (22) having a resolution of at least 2 megapixels, preferably 4 megapixels and more preferably at least 8 megapixels.