DE10155884A1 - Bildsuchvorrichtung - Google Patents

Abstract

Eine endoskopische Einrichtung hat eine in einem starren Endoskop angeordnete Objektivoptik zum Erzeugen eines Bildes, eine erste Bildumformoptik zum Umformen eines Teils des Bildes, das einmal durch die Objektivoptik auf einer Bildaufnahmefläche einer ersten CCD-Kamera erzeugt worden ist, und eine zweite Bildumformoptik, die ein Bild umformt, das einmal durch die Objektivoptik auf einer Bildaufnahmefläche einer zweiten CCD-Kamera erzeugt worden ist. Ein zweiter Monitor stellt das von der zweiten CCD-Kamera aufgenommene Bild zusammen mit einem rechteckigen Rahmen dar, der die momentane Größe des Bereichs angibt, der dem von der ersten CCD-Kamera aufgenommenen Bild entspricht.

Description

Die Erfindung betrifft eine Bildsuchvorrichtung, die es einem Betrachter ermög­ licht, auf jeden beliebigen Bereich eines durch eine Objektivoptik erzeugten Bildes zu blicken.

Eine endoskopische Einrichtung eines bestimmten auf medizinische Anwendung ausgelegten Typs ist mit einer Bildsuchvorrichtung ausgestattet, die eine vergrö­ ßerte Ansicht eines Teils eines Weitwinkelbildes eines Objektes darstellt, das durch eine am distalen Ende des Endoskops angeordnete Objektivoptik erzeugt wird, und es dem Betrachter gestattet, durch Verschieben der vergrößerten An­ sicht innerhalb des Weitwinkelbildes einen zu betrachtenden Zielbereich in die­ sem Bild zu suchen. Mit einer endoskopischen Einrichtung, die mit einer solchen Bildsuchvorrichtung ausgestattet ist, kann eine Bedienperson das Bild eines weiten Bereichs innerhalb der Körperhöhle des Patienten auf dem Bildschirm eines Monitors und gleichzeitig ein vergrößertes Bild eines bestimmten Bereichs auf dem Bildschirm eines anderen Monitors betrachten.

Herkömmliche Bildsuchvorrichtungen haben jedoch keine Mittel, die in dem auf dem Bildschirm des zuerst genannten Monitors dargestellten Bild des weiten Bereichs denjenigen Bereich anzeigen, der dem auf dem Bildschirm des zuletzt genannten Monitors dargestellten vergrößerten Bild entspricht. Die Bedienperson ist deshalb gezwungen, die beiden Bilder auf den beiden Bildschirmen häufig miteinander zu vergleichen, um den beschränkten Teil in dem Bild des vorstehend genannten weiten Bereichs zu identifizieren, der dem vergrößerten Bild entspricht. Dies ist für die Bedienperson mühsam und kann die Operation so stark in die Länge ziehen, dass es für die Bedienperson zermürbend wird und sogar das Leben des Patienten in Gefahr bringt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Bildsuchvorrichtung anzugeben, mit der ein Bild, das durch ihre Objektivoptik erzeugt und auf dem Bildschirm eines Monitors dargestellt wird, vergrößert und auf dem Bildschirm eines anderen Monitors dar­ gestellt werden kann und mit der zugleich der genannte Bereich in dem auf dem Bildschirm des zuerst genannten Monitors dargestellten Bild angezeigt wird.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die Bildsuchvorrichtung mit den Merkma­ len des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen sowie der folgenden Beschreibung angegeben.

Da bei der erfindungsgemäßen Anordnung die optische Achse der in der zweiten Bildaufnahmeoptik vorgesehenen Linse und die zweite Bildaufnahmevorrichtung durch die Schiebeeinheit relativ zueinander verschoben werden, wird der von der zweiten Bildaufnahmevorrichtung eingefangene Bereich innerhalb des Sehfeldes verschoben. Das Bild, das aus dem von der ersten Bildaufnahmevorrichtung eingefangenen Bildbereich ausgesucht worden ist, wird so auf der zweiten Anzei­ geeinheit dargestellt. Gleichzeitig addiert die Bildsynthese-Einheit ein Bildsignal, das eine Markierung darstellt, die dem von der zweiten Bildaufnahmevorrichtung aufgenommenen Bereich entspricht, auf das erste Bildsignal, und zwar auf Grundlage der Größe der relativen Verschiebung der optischen Achse. Auf dem Bildschirm der ersten Anzeigeeinheit wird so das Bild des Sehfeldes in Überlage­ rung mit der Markierung dargestellt, die den Bereich anzeigt, der dem von der zweiten Bildaufnahmevorrichtung aufgenommenen Bild entspricht. Die Bedienper­ son kann so in dem auf dem Bildschirm der ersten Anzeigeeinheit dargestellten Bild unmittelbar den Bereich identifizieren, der dem Bild entspricht, das auf dem Bildschirm der zweiten Anzeigeeinheit dargestellt wird.

Die Bildsuchvorrichtung nach der Erfindung kann in ein starres Endoskop, in ein Fiberendoskop oder eine Überwachungskamera eingebaut werden.

Die Schiebeeinheit kann die optische Achse der in der zweiten Bildaufnahmeoptik vorgesehenen Linse verschieben, während die zweite Bildaufnahmevorrichtung ortsfest gehalten wird. Alternativ kann die zweite Bildaufnahmevorrichtung in einer Ebene senkrecht zur optischen Achse bewegt werden, während die optische Achse ortsfest gehalten wird. In dem zuerst genannten Fall können die Linsen selbst verschoben werden, oder es kann eine Optik zum Ablenken oder Verschie­ ben der optischen Achse eingesetzt werden. Für eine solche Vorrichtung können ein Bildaufrichtprisma oder Reflexionsspiegel eingesetzt werden, welche dieselbe Funktion wie das Bildaufrichtprisma haben. Insbesondere können ein Pechan- Prisma mit Dach, ein Abbe-Prisma mit Dach, ein Porro-Prisma erster Art, ein Porro-Prisma zweiter Art oder ein Satz mehrerer Spiegel verwendet werden, die entsprechend den Reflexionsflächen eines der vorstehend genannten Prismen angeordnet sind. Als Schiebeeinheit kann eine bildreflektierende Optik mit vier oder mehr Reflexionsflächen verwendet werden.

Die erste und die zweite Bildaufnahmeoptik können voneinander unabhängige Optiken sein, deren optische Achsen parallel zueinander verlaufen. Alternativ können sie so ausgebildet sein, dass sie sich auf ihrer Vorderseite eine Linse oder ein Objektiv teilen. Die erste und die zweite Bildaufnahmeoptik können jeweils eine Objektivoptik und eine Bildumformoptik enthalten. In diesem Fall können sich die beiden Bildaufnahmeoptiken dieselbe Objektivoptik teilen.

Die Bildumformoptik kann eine Varioeinheit enthalten, die das Vergrößerungsver­ mögen der gesamten Bildumformoptik durch Bewegen längs ihrer optischen Achse ändert. In diesem Fall ändert sich das Vergrößerungsvermögen der ge­ samten Bildumformoptik mit Bewegen der Varioeinheit, so dass innerhalb des von der ersten Bildaufnahmevorrichtung aufgenommenen Bildes der Bereich, der dem von der zweiten Bildaufnahmevorrichtung aufgenommenen Bild entspricht, ver­ größert oder zusammengezogen werden kann. Vorteilhaft ändert deshalb die Bildsynthese-Einheit die Größe (Amplitude) des durch die Markierung angezeigten Bereichs entsprechend der Position der Varioeinheit.

Die Erfindung wird im Folgenden an Hand der Figuren näher erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1 den optischen Aufbau und die interne Anordnung einer endoskopi­ schen Einrichtung als erstes Ausführungsbeispiel,

Fig. 2 eine vergrößerte perspektivische Darstellung eines Pechan-Prismas, das in dem ersten Ausführungsbeispiel verwendet wird,

Fig. 3 ein schematisches Blockdiagramm einer internen Schaltung in der Bildsynthese-Einheit,

Fig. 4 ein Flussdiagramm, das eine von der Bildsynthese-Einheit durchge­ führte Bearbeitung zur Bildsynthese zeigt,

Fig. 5 ein Beispiel für auf dem ersten und dem zweiten Monitor dargestellte Bilder,

Fig. 6 den optischen Aufbau und die innere Anordnung einer Überwa­ chungskamera als zweites Ausführungsbeispiel, und

Fig. 7 eine vergrößerte, perspektivische Ansicht eines in dem zweiten Ausführungsbeispiel verwendeten Abbe-Prismas.

Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele an Hand der Figuren beschrieben.

Erstes Ausführungsbeispiel

Ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Bildsuchvorrichtung ist in einer endoskopischen Einrichtung 1 eingebaut. Wie in Fig. 1 gezeigt, hat die endoskopische Einrichtung 1 ein starres Endoskop 10, das durch einen bis zur Abdominalwand des Patienten eingestochenen Trocars in eine Körperhöhle eingeführt wird, eine Bildtrennvorrichtung 20, an die das Endoskop 10 ange­ schlossen ist, eine erste und eine zweite CCD-Kamera 40, 30, die als Bildauf­ nahmevorrichtungen fungieren, um die jeweiligen durch die in der Bildtrennvor­ richtung 20 vorgesehene Optik durch Zwischenabbildung übertragenen (umge­ kehrten) Bilder einzufangen, sowie einen ersten und einen zweiten Monitor 3 bzw. 2, die mit der ersten bzw. der zweiten CCD-Kamera 40 bzw. 30 verbunden sind.

Die beiden CCD-Kameras 40, 30 sind jeweils ausgebildet, ein bewegtes Bild mittels einer üblichen Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung, kurz CCD, einzufan­ gen, das auf ihre Bildfläche fallende Objektlicht in ein Videosignal zu wandeln, dieses Videosignal geeignet zu verarbeiten und es dann an den ersten Monitor 3 bzw. den zweiten Monitor 2 auszugeben.

Das starre Endoskop 10 hat in seinem Inneren eine Objektivoptik, die ein Bild vom Inneren der Körperhöhle erzeugt und es in einer Zwischenabbildung (Umkehrung) überträgt, und einen Lichtleiter, der aus einer nicht gezeigten Lichtquelle stam­ mendes Beleuchtungslicht zum distalen Ende des Endoskops 10 leitet, um die Körperhöhle zu beleuchten. Die eben genannten Komponenten sind in ein ge­ radförmiges Rohr eingebaut. Die Objektivoptik hat eine Objektivlinsengruppe 11 und mehrere Zwischenabbildungslinsen 12. Die Objektivlinsengruppe 11 ist eine Retrofokus-Objektivlinse, die ein Bild mit einem weiten Bildwinkel, z. B. mehr als zweit 120°, erzeugen kann. Die Objektivlinsengruppe 11 erzeugt das Bild der Körperhöhle in einer Bildebene 11i. Das in der Bildebene 11i erzeugte Bild wird nacheinander auf Bildebenen 12i der jeweiligen Zwischenabbildungslinsen 12 refokussiert, bis es auf die Bildebene 121 der hintersten Zwischenabbildungslinse 12 abgebildet ist.

Die Bildtrennvorrichtung 20 enthält in ihrem Inneren einen halbdurchlässigen Spiegel 21, einen Reflexionsspiegel 22, ein Pechan-Prisma 24, eine Fokussierlin­ se 25, eine zweite Bildumformoptik mit einer ersten bis dritten Linsengruppe 26a bis 26c sowie eine erste Bildumformoptik 23, die eine einzelne positive Linse enthält. Der halbdurchlässige Spiegel 21 ist in dem Strahlengang des Objektlich­ tes angeordnet, das von der in dem starren Endoskop 10 vorgesehenen Objek­ tivoptik kommt, und reflektiert einen Teil dieses Objektlichtes, während es den verbleibenden Teil durchlässt. Der Reflexionsspiegel 22 ist in dem Strahlengang des an dem halbdurchlässigen Spiegel 21 reflektierten Objektlichtes angeordnet. Die optische Achse Ax der Objektivoptik wird so durch den halbdurchlässigen Spiegel 21 geknickt und anschließend durch den Reflexionsspiegel 22 nochmals geknickt, so dass sie längs der optischen Achse der ersten Bildumformoptik 23 verläuft und so senkrecht auf die Mitte der Bildaufnahmefläche der ersten CCD- Kamera 40 trifft, die an die Bildtrennvorrichtung 20 angeschlossen ist.

Durch diese Anordnung wird das an dem halbdurchlässigen Spiegel 21 reflektierte Objektlicht nochmals an dem Reflexionsspiegel 22 reflektiert und geht durch die erste Bildumformoptik 23, um so zur Bildaufnahmefläche der ersten CCD-Kamera 40 zu gelangen. Die erste CCD-Kamera 40 fängt das Bild ein, das die die Objek­ tivlinsengruppe 11 und die Zwischenabbildungslinsen 12 enthaltende, in dem starren Endoskop 10 angeordnete Objektivoptik erzeugt und von der ersten Bild­ umformungsoptik 23 weiter abgebildet wird, und gibt ein das eingefangene Bild darstellendes Videosignal aus.

Das Pechan-Prisma 24, das die optische Achse verschiebendes Element und als Bildaufrichtoptik fungiert, ist dagegen derart in dem Strahlengang des durch den halbdurchlässigen Spiegel 21 gehenden Objektlichtes angeordnet, dass es in der zur optischen Achse Ax der Objektivoptik senkrechten X-Richtung und auch in der zur X-Richtung und zur optischen Achse Ax senkrechten Y-Richtung verschiebbar ist. Fig. 2 zeigt das in dem ersten Ausführungsbeispiel verwendete Pechan-Prisma in perspektivischer Darstellung. Wie aus den Fig. 1 und 2 hervorgeht, besteht das Pechan-Prisma 24 aus einem Dach-Prisma 241, dessen Form äquivalent einer Form ist, bei der eine Seitenfläche eines Dreieck-Prismas durch das aus Flächen 241f und 241g bestehende Dach ersetzt ist (wobei die Scheitellinie 241h dieses Dachs parallel zur Bodenfläche des Dreieck-Prismas ist), und einem Hilfsprisma 242, das ein quadratisches Prisma mit einer Seitenfläche 242b ist, die parallel zu einer Seitenfläche des Dach-Prismas 241 ist. Die optische Achse Ax der Objek­ tivoptik, die durch den halbdurchlässigen Spiegel 21 geht, tritt senkrecht durch die Seitenfläche 242a des Hilfsprismas 242 des Pechan-Prismas 24 und wird an den Innenflächen der beiden Seitenflächen 242b, 242c des Hilfsprismas 242, die an die Seitenfläche 242a angrenzen, zweimal geknickt und läuft senkrecht durch die Seitenfläche 242b des Hilfsprismas 242 und die Seitenfläche 241d des Dach- Prismas 241. Anschließend wird die optische Achse Ax nacheinander an den Innenflächen der Seitenfläche 241e, der Dachflächen 241f, 241g und der Seiten­ fläche 241d des Dach-Prismas 241 geknickt und tritt schließlich senkrecht durch die Seitenfläche 241e aus dem Dach-Prisma 241 aus, d. h. in einer Richtung, die parallel zur optischen Achse Ax vor deren Eintritt in das Hilfsprisma 242 ist. Die Verlängerung der optischen Achse Ax vor Eintritt in das Pechan-Prisma 24 läuft durch die Mitte der Bildaufnahmefläche der zweiten CCD-Kamera 30, die an die Bildtrennvorrichtung 20 angeschlossen ist. Die Position des Pechan-Prismas 24, in der die optische Achse Ax vor ihrem Eintritt in das Pechan-Prisma 24 koaxial mit der optischen Achse Ax nach ihrem Austritt aus dem Pechan-Prisma 24 ist, wird im Folgenden als Anfangsposition des Pechan-Prismas 24 bezeichnet.

Die Fokussierlinse 25 ist in der Anfangsposition koaxial zur optischen Achse Ax der Objektivoptik nach deren Austritt aus dem Pechan-Prisma 24 angeordnet. Die Fokussierlinse 25 ist längs ihrer optischen Achse bewegbar. Sie wird durch einen nicht gezeigten Scharfstellbetätiger bewegt, typischerweise einen Gleichstrom- Servomotor oder einen Schrittmotor.

Die erste bis dritte Linsengruppe 26a bis 26c der zweiten Bildumformoptik 26 sind in der Anfangsposition zwischen der Fokussierlinse 25 und der zweiten CCD- Kamera 30 auch koaxial mit der optischen Achse Ax der Objektivoptik nach Aus­ tritt aus dem Pechan-Prisma 24 angeordnet. Die dritte Linsengruppe 26c ist fest, während die erste und die zweite Linsengruppe 26a, 26b, die als Varioeinheit fungieren, von einem Varioobjektivtubus 260 längs ihrer optischen Achsen be­ weglich gehalten sind. Ein den Varioobjektivtubus 260 bildender, nicht gezeigter Nockenring dreht sich um die optische Achse der Linsengruppen 26a, 26b, die jeweils einen Nockenstößel haben, der in eine innen am Nockenring ausgebildete Nockennut greift, und bewegen sich längs der optischen Achse. Die zweite Bild­ umformoptik kann so in geeigneter Weise ihren Abbildungsmaßstab ändern. Der Nockenring wird von einem Zoomantrieb gedreht, der typischerweise ein Gleich­ strom-Servomotor oder ein Schrittmotor ist.

Bei der oben erläuterten Anordnung geht dann das durch den halbdurchlässigen Spiegel 21 tretende Licht nacheinander durch das Pechan-Prisma 24, die Fokus­ sierlinse 25 und die zweite Bildumformoptik 26, bevor es zur Bildaufnahmefläche der zweiten CCD-Kamera 30 gelangt. Das Pechan-Prisma 24 invertiert und dreht das Bild um, das die die Objektivlinsengruppe 11 und die Zwischenabbildungslin­ se 12 enthaltende, in dem starren Endoskop 10 angeordnete Objektivoptik er­ zeugt, und die zweite Bildumformoptik 26 vergrößert einen Teil des durch die Objektivoptik erzeugten und durch das Pechan-Prisma 24 umgedrehten Bildes mit einer vorbestimmten Vergrößerung, um so das Bild auf der Bildaufnahmefläche der zweiten CCD-Kamera 30 umzuformen. Die Kamera 30 fängt das von der zweiten Bildumformoptik 26 eingefangene Bild ein und gibt ein das eingefangene Bild darstellendes Videosignal, d. h. ein zweites Bildsignal aus. Anschließend wird das Bild entsprechend diesem Videosignal auf dem Bildschirm des zweiten Moni­ tors 2 dargestellt.

Das Pechan-Prisma 24 ist in der XY-Ebene bewegbar, indem ein X- und Y-Tisch 27a über einen Stellmechanismus 27 angetrieben werden. Der Stellmechanismus 27 fungiert als Schiebeeinheit und enthält einen Antrieb, typischerweise einen Gleichstrom-Servomotor oder einen Schrittmotor, und ein Zahnradsystem zum Übertragen der Antriebskraft des Antriebs auf den X- und den Y-Tisch, so dass letztere unabhängig voneinander angetrieben werden können. Der Stellmecha­ nismus 27 ist an eine nicht gezeigte Bedieneinheit angeschlossen, die einen längs eines Kreuzes verkippbaren Schwenkhebel hat, der auch als Joystick bezeichnet wird. Betätigt die Bedienperson diesen Schwenkhebel, so wird ein die Verkippungsgröße und die Richtung des verkippten Schwenkhebels darstellendes Signal an den Stellmechanismus 27 übertragen. Mit Empfang dieses Signals treibt der Stellmechanismus 27 den X- und Y-Tisch 27a entsprechend der Verkippungsgrö­ ße und der Richtung des verkippten Schwenkhebels entsprechend dem Signal so, dass das Pechan-Prismas 24 in der XY-Ebene bewegt wird. Die nicht gezeigte Bedieneinheit kann alternativ eine auch als Trackball bezeichnete Führungskugel enthalten, die von der Bedienperson gedreht wird und so ein der Größe und der Richtung ihrer Drehung entsprechendes Signal ausgibt. Als weitere Alternative kann die Bedieneinheit einen Hebel für die X-Richtung und einen Hebel für die Y- Richtung haben, um so ein Signal auszugeben, das Größe und Richtung der Verkippung jedes Hebels darstellt.

Wird das Pechan-Prisma 24 aus seiner Anfangsposition in der XY-Ebene bewegt, so wird die optische Achse Ax der Objektivoptik nach ihrem Austritt aus dem Pechan-Prisma 24 relativ zur optischen Achse der zweiten Bildumformoptik 26 verschoben. Fig. 2 zeigt schematisch, wie die optische Achse Ax der Objektivoptik durch das Pechan-Prisma 24 relativ zur optischen Achse der zweiten Bildumfor­ moptik 26 verschoben wird. Wird die vor ihrem Eintritt in das Pechan-Prisma 24 vorhandene optische Achse Ax bei Anordnung des Pechan-Prismas 24 in seiner Anfangsstellung um einen Verstellweg w relativ zur Seitenfläche 24a in positiver X-Richtung, d. h. in Fig. 2 nach links verschoben, so wird die nach Austritt aus dem Pechan-Prisma 24 vorhandene optische Achse Ax ebenfalls um die Verstellstrec­ ke w in negativer X-Richtung relativ zur Seitenfläche 24e bewegt. Dies entspricht dem Fall, in dem sich das Pechan-Prisma 24 um die Verstellstrecke w in negativer X-Richtung, d. h. in Fig. 2 nach rechts, relativ zur stationären optischen Achse Ax der Objektivoptik vor Eintritt in das Pechan-Prisma 24 bewegt. In diesem Fall wird deshalb die nach dem Austritt aus dem Pechan-Prisma 24 vorhandene optische Achse Ax' der Objektivoptik in negativer X-Richtung um den Verstellweg 2w relativ zu der vor dem Eintritt in das Pechan-Prisma 24 vorhandenen optischen Achse Ax' verschoben. Umgekehrt wird bei Bewegen des Pechan-Prismas 24 in positiver X-Richtung die optische Achse Ax der Objektivoptik nach Austritt aus dem Pechan-Prisma 24 um eine Verstellstrecke, die zweimal so lang wie die Verstell­ strecke des Pechan-Prismas 24 ist, in positiver X-Richtung verschoben. Wird das Pechan-Prisma 24 in Y-Richtung, d. h. in Fig. 2 in vertikaler Richtung bewegt, so wird entsprechend die optische Achse Ax" der Objektivoptik nach Austritt aus dem Pechan-Prisma 24 relativ zur optischen Achse Ax" vor Eintritt in das Pechan- Prisma 24 um eine Verstellstrecke, die zweimal so lang wie die Verstellstrecke des Pechan-Prismas 24 ist, in Bewegungsrichtung des Pechan-Prismas 24 ver­ schoben.

Mit Verschieben des Pechan-Prismas 24 in der XY-Ebene wird also die optische Achse Ax" der Objektivoptik nach Austritt aus dem Pechan-Prisma 24 gegenüber einer mit der optischen Achse Bx der zweiten Bildumformoptik 26 koaxialen Linie verschoben. Fig. 3 zeigt diese Situation. Befindet sich das Pechan-Prisma 24 in seiner Anfangsposition, in der die optische Achse Ax der Objektivoptik nach Austritt aus dem Pechan-Prisma 24 koaxial mit der optischen Achse Bx der zwei­ ten Bildumformoptik 26 ist, so läuft ein sich auf der optischen Achse Ax der Ob­ jektivoptik ausbreitender Lichtstrahl auf der optischen Achse Bx der zweiten Bildumformoptik 26 und fällt auf die Mitte der Bildaufnahmefläche der zweiten CCD-Kamera 30. Da das Pechan-Prisma 24 gemäß Fig. 3 in der XY-Ebene be­ wegt wird, wird jedoch die optische Achse Ax nach Austritt aus dem Pechan- Prisma 24 gegenüber der optischen Achse Bx der zweiten Bildumformoptik 26 verschoben. Der sich auf der optischen Achse Ax der Objektivoptik ausbreitende Lichtstrahl wird so gegenüber der optischen Achse Bx der zweiten Bildumformop­ tik 26 so verschoben und fällt an einer Stelle auf die Bildaufnahmefläche der zweiten CCD-Kamera 30, die aus deren Mitte verschoben ist, so dass sich der von der zweiten CCD-Kamera 30 eingefangene Bildteil verschiebt. Das Pechan- Prisma 24, der X- und der Y-Tisch 27a und der Stellmechanismus 27 entsprechen so der Schiebeeinheit.

Die Objektivoptik des starren Endoskops 10 weist eine große Bildfeldwölbung auf, da die Objektivlinsengruppe 11 ein weites Sehfeld hat und das durch die Objek­ tivlinsengruppe 11 erzeugte Bild durch die Zwischenabbildungslinsen 12 übertra­ gen wird. Da das durch die Objektivoptik erzeugte Bildes durch Bewegen des Pechan-Prismas 24 in der XY-Ebene in vorstehend beschriebener Weise relativ zu dem Sehfeld der zweiten Bildumformoptik 26 in X- und Y-Richtung bewegt wird, bewegt sich das Bild auf der optischen Achse Bx auch zu einer Ebene hin und von dieser weg, die bezüglich der zweiten Bildumformoptik 26 zur Bildauf­ nahmefläche der zweiten CCD-Kamera 30 konjugiert ist, was zu einer Defokussie­ rung des von der zweiten CCD-Kamera 30 eingefangenen Bildes führen kann. Dieses Problem kann jedoch durch eine nicht gezeigte Fokussiersteuerschaltung gelöst werden, die den Fokussierbetätiger synchron mit dem Stellmechanismus 27 entsprechend der Verstellstrecke antreibt, um die die optische Achse Ax der Objektivoptik gegenüber der optischen Achse Bx der zweiten Bildumformoptik 26 verschoben wird, so dass sich die Ebene, die bezüglich der ersten Bildumformop­ tik zur Bildaufnahmefläche der zweiten CCD-Kamera 30 konjugiert ist, und die Bildebene der Objektivoptik auf der optischen Achse Bx schneiden.

Die Bildtrennvorrichtung 20 enthält ferner eine Bildsynthese-Einheit 28, also eine Einheit zur synthetischen, d. h. künstlichen Bilderzeugung, die das von der ersten CCD-Kamera 40 ausgegebene Bildsignal mit dem Bildsignal kombiniert, das einen Rahmen als Markierung darstellt, die in dem von der ersten CCD-Kamera 40 eingefangenen Bild einen Bereich anzeigt, der einem von der zweiten CCD- Kamera 30 eingefangenen Bild entspricht. Ferner enthält die Bildtrennvorrichtung 20 einen Positionsdetektor 29 zum Erfassen der Position der ersten Linsengruppe 26a und der Position der zweiten Linsengruppe 26b der zweiten Bildumformoptik 26, um die Bildsynthese-Einheit 28 von diesen Positionen in Kenntnis zu setzen.

Der Positionsdetektor 29 erfasst die Positionen der beiden Linsengruppen 26a, 26b, die von einem nicht gezeigten Zoomantrieb längs der optischen Achse der zweiten Bildumformoptik 26 bewegt werden. Der Positionsdetektor 29 erfasst insbesondere die Drehstellung des Nockenrings des die erste und die zweite Linsengruppe 26a, 26b haltenden Varioobjektivtubus 260 mittels eines Codierers und teilt der Bildsynthese-Einheit 28 diese Drehstellung als Positionsinformation über die erste und die zweite Linsengruppe 26a, 26b, d. h. als Zoom- Positionsinformation, mit.

Fig. 3 zeigt ein schematisches Blockdiagramm, in dem die interne Schaltung der Bildsynthese-Einheit 28 dargestellt ist. Wie in Fig. 3 gezeigt, enthält die Bildsynthese-Einheit 28 eine CPU 28a, einen RAM 28b, eine erste Schnittstellenschal­ tung 28c, eine zweite Schnittstellenschaltung 28d, einen ersten Ein­ gangs/Ausgangs- oder I/O-Anschluss 28e, einen zweiten Eingangs/Ausgangs- oder I/O-Anschluss 28f sowie einen ROM 28g. Die vorstehend genannten Kom­ ponenten sind über einen Bus B miteinander verbunden.

Die CPU 28a steuert die Komponenten 28b bis 28g. Der RAM 28b bildet einen Zusatz- oder Cachespeicher für verschiedene Programme, die von der CPU 28a gelesen und von dieser verarbeitet werden. Die erste Schnittstellenschaltung 28c ist ausgebildet, Bildsignale von der ersten CCD-Kamera 40 zu empfangen. Die zweite Schnittstellenschaltung 28d ist ausgebildet, Bildsignale an den ersten Monitor 3 zu übertragen. Der erste I/O-Anschluss 28e ist ausgebildet, entspre­ chend einem von der CPU 28a ausgegebenen Befehl von dem Stellmechanismus 27 Information über den Bewegungswert des X-Tisches und den des Y-Tisches und damit über den Verschiebungswert der optischen Achse Ax zu empfangen. Der zweite I/O-Anschluss 28f ist ausgebildet, entsprechend einem von der CPU 28a ausgegebenen Befehl die Zoompositionsinformation des Positionsdetektors 29 zu empfangen.

Der ROM 28g ist ein Speichermedium zum Speichern verschiedener Daten und Programme. Die in dem ROM 28g gespeicherten Programme beinhalten ein Bildsyntheseprogramm, d. h. ein Programm zur künstlichen oder elektronischen Bilderzeugung, das die CPU 28a veranlasst, eine Bildsynthese entsprechend dem in Fig. 4 gezeigten Flussdiagramm vorzunehmen. Die Bildsynthese beginnt, wenn die CPU 28a über die erste Schnittstellenschaltung 28c von der ersten CCD- Kamera 40 ein Bildsignal empfängt.

Nach diesem Beginn empfängt die CPU 28a in dem ersten Schritt S101 über den ersten I/O-Anschluss 28e von dem Stellmechanismus 27 die Information über den Bewegungswert des X-Tisches und den des Y-Tisches.

Dann aktualisiert die CPU 28a in Schritt S102 die in dem RAM 28b gespeicherte Information über die Position jedes Tisches auf Grundlage der in Schritt S101 empfangenen Information und berechnet auf Grundlage der in dem RAM 28b gespeicherten Information eine Positionskoordinate entsprechend der optischen Achse Bx der zweiten Bildumformoptik 26 in einem Koordinatensystem, das definiert ist, den Bereich des auf dem ersten Monitor 3 dargestellten Bildes anzu­ zeigen. Dies ist möglich, da die Position der optischen Achse Bx der zweiten Bildumformoptik 26 von der Position des Pechan-Prismas 24 abhängt, das von dem X- und dem Y-Tisch 27a in der XY-Ebene bewegt wird.

In Schritt S103 empfängt die CPU 28a über den zweiten I/O-Anschluss 28f die Zoompositionsinformation von dem Positionsdetektor 29.

In Schritt S104 berechnet die CPU 28a auf Grundlage der in Schritt S103 emp­ fangenen Zoompositionsinformation das Vergrößerungsvermögen der zweiten Bildumformoptik 26.

Dann definiert die CPU 28a in Schritt S105 einen rechteckigen Bereich in dem oben genannten Koordinatensystem, der eine Größe entsprechend dem in Schritt S104 berechneten Vergrößerungsvermögen (= Größe des oben genannten Koor­ dinatensystems x Vergrößerungsvermögen der ersten Bildumformoptik 23/Ver­ größerungsvermögen des zweiten Bildumformoptik 26) und das gleiche Seiten­ verhältnis wie das Koordinatensystem hat und an der in Schritt S102 berechneten Koordinate zentriert ist.

Anschließend erzeugt die CPU 28a in Schritt S106 ein Bildsignal zum Darstellen eines rechteckigen Rahmens (M in Fig. 1), der den in Schritt S105 definierten rechteckigen Bereich umgibt. Es ist von Vorteil, dass der rechteckige Bereich in dem genannten Koordinatensystem der Form und der Position des Bereichs in dem entsprechend dem Bildsignal von der ersten CCD-Kamera 40 auf dem Bild­ schirm des ersten Monitors 3 dargestellten Bildes entspricht, der dem auf dem Bildschirm des zweiten Monitors 2 entsprechend dem von der zweiten CCD- Kamera 30 ausgegebenen Bildsignal dargestellten Bild entspricht. Die Größe des rechteckigen Bereichs und die des rechteckigen Rahmens M hängt deshalb von der Brennweite, d. h. dem Vergrößerungsvermögen der zweiten Bildumformoptik 26 ab, wie Fig. 5 zeigt.

In Schritt S107 addiert dann die CPU 28 auf synthetischem, d. h. künstlichem oder elektronischem Wege das Bildsignal zum Darstellen des in Schritt S106 erzeugten rechteckigen Rahmens M auf das über die erste Schnittstellenschaltung 28c von der ersten CCD-Kamera 40 empfangene Bildsignal.

In Schritt S108 gibt dann die CPU 28a das Bildsignal, das in Schritt S107 zum Darstellen des rechteckigen Rahmens M synthetisiert worden ist, über die zweite Schnittstellenschaltung 28d an den ersten Monitor 3 aus und beendet diese Bildsynthese. Ist Schritt S108 ausgeführt, so stellt der erste Monitor 3 ein Bild dar, in dem der rechteckige Rahmen M, der den dem von der zweiten CCD-Kamera 30 eingefangenen Bild entsprechenden und auf dem Bildschirm des zweiten Monitors 2 dargestellten Bereich anzeigt, dem Bild überlagert ist, das durch die Objektivop­ tik des starren Endoskops 10 erzeugt und von der ersten CCD-Kamera 40 einge­ fangen wird.

Die oben erläuterte Bearbeitung zur Bildsynthese wird jedes Mal vorgenommen, wenn die CPU 28a über die erste Schnittstellenschaltung 28c von der ersten CCD-Kamera 40 ein Bildsignal empfängt. Da diese Bearbeitung wiederholt durch­ geführt wird, wird der rechteckige Rahmen M in dem auf dem Bildschirm des ersten Monitors 3 dargestellten Bild gleichmäßig synchron mit der Bewegung des Pechan-Prismas 24 bewegt und zudem synchron mit der Bewegung der ersten und der zweiten Linsengruppe 26a, 26b vergrößert oder zusammengezogen.

Wird bei der endoskopischen Einrichtung 1 gemäß erstem Ausführungsbeispiel das durch die Objektivoptik in dem starren Endoskop 10 erzeugte Bild auf dem Bildschirm des ersten Monitors 3 dargestellt und ein Zielbereich durch Verschie­ ben des Bildes relativ zum Sehfeld der zweiten Bildumformoptik aus dem Bild ausgesucht, so wird der von der zweiten CCD-Kamera 30 einzufangende Bereich in dem auf dem Bildschirm des ersten Monitors 3 dargestellten Bild durch den rechteckigen Rahmen M angezeigt. Die Bedienperson kann so in dem auf dem Bildschirm des ersten Monitors 3 dargestellten Bild eindeutig den Bereich identifi­ zieren, der dem auf dem Bildschirm des zweiten Monitors 2 dargestellten vergrö­ ßerten Bild entspricht.

Zweites Ausführungsbeispiel

Ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Bildsuchvorrichtung ist in einer Überwachungskamera 60 eingebaut. Wie in Fig. 6 gezeigt, hat die Kame­ ra 60 einen Hauptkörper 62, welcher der Bildtrennvorrichtung 20 des ersten Ausführungsbeispiels entspricht, einen vorne am Hauptkörper 62 montierten Objektivtubus 61 sowie eine erste CCD-Kamera 40 und eine zweite CCD-Kamera 30, die als Bildaufnahmevorrichtung fungieren und hinten am Hauptkörper 62 montiert sind. Wie ein Vergleich der Fig. 1 und 6 offenbart, ist die Kamera 60 des zweiten Ausführungsbeispiels in ihrem Aufbau ähnlich der endoskopischen Ein­ richtung 1 des ersten Ausführungsbeispiels. Diejenigen Komponenten, die denen der endoskopischen Einrichtung 1 des ersten Ausführungsbeispiels entsprechen, sind deshalb mit denselben Bezugszeichen versehen und werden im Folgenden nicht nochmals beschrieben.

Der Objektivtubus 61 enthält eine Objektivoptik 65 mit einem weiten Sehwinkel von etwa 120°. Das Bild des zu überwachenden Raums wird durch die Objek­ tivoptik 65 erzeugt.

Der Hauptkörper 62 enthält ein Abbe-Prisma 63 mit Dach, einen Reflexionsspiegel 64, einen weiteren Reflexionsspiegel 22, eine Fokussierlinse 25, eine zweite Bildumformoptik 26 und eine erste Bildumformoptik 23.

Das als Element zum Verschieben der optischen Achse und als Bildaufrichtoptik fungierende Abbe-Prisma 63 ist in dem Strahlengang des Objektlichtes derart gehalten, dass es in der zur optischen Achse Ax der Objektivoptik 65 senkrechten X-Richtung und auch in der zur X-Richtung und zur optischen Achse Ax senk­ rechten Y-Richtung verschoben werden kann. Fig. 7 ist eine vergrößerte, per­ spektivische Darstellung des Abbe-Prismas 63. Wie aus den Fig. 6 und 7 hervorgeht, hat das Abbe-Prisma 63 eine erste Reflexionsfläche 63a, die ausgebildet ist, die in sie senkrecht durch eine Eintrittsfläche 63d eintretende optische Achse der Objektivoptik 65 um einen Winkel von 120° zu knicken, eine zweite Reflexionsflä­ che 63b, die als Dach, dessen Scheitel parallel zu der durch die Eintrittsfläche 63d gehenden optischen Achse ist, ausgebildet und geeignet ist, die durch die erste Reflexionsfläche 63a geknickte optische Achse Ax weiter zu knicken, sowie eine dritte Reflexionsfläche 63c, die ausgebildet ist, die durch die zweite Reflexionsflä­ che 63b geknickte optische Achse Ax weiter um einen Winkel von 120° in eine Richtung zu knicken, die parallel zu der durch die Eintrittsfläche 63d gehenden optischen Achse Ax ist. Das Abbe-Prisma 63 ist entlang der dritten Reflexionsflä­ che 63c in ein erstes Prisma 631, das mit der ersten Reflexionsfläche 63a verse­ hen ist, und in ein zweites Prisma 632, das mit der zweiten und der dritten Refle­ xionsfläche 63b, 63c versehen ist, getrennt, um die Fertigung zu erleichtern. Die erste Reflexionsfläche 63a des ersten Prismas 631 ist eine teilweise reflektierende Fläche und mit einem Dreieck-Prisma 633 verbunden, um so einen Strahlteiler zu bilden.

In diesem Ausführungsbeispiel ist die optische Achse der Fokussierlinse 25 und der zweiten Bildumformoptik 26 in X-Richtung, d. h. in Fig. 6 vertikal, gegenüber der optischen Achse Ax der Objektivoptik 65 versetzt. Die Position des Abbe- Prismas 63, in der die durch das Abbe-Prisma 63 geknickte optische Achse Ax der Objektivoptik 65 mit der optischen Achse der Fokussierlinse 25 und der zwei­ ten Bildumformoptik 26 zusammenfällt, wird im Folgenden als Anfangsposition bezeichnet.

Bei der vorstehend erläuterten Anordnung geht das durch die Objektivoptik 65 tretende Licht nacheinander durch das Abbe-Prisma 63, die Fokussierlinse 25 sowie die zweite Bildumformoptik 26 und gelangt so zur Bildaufnahmefläche der zweiten CCD-Kamera 30. Zugleich dreht das Abbe-Prisma 63 das durch die Objektivoptik 65 erzeugte Bild um, und die zweite Bildumformoptik 26 vergrößert einen Teil des Bildes entsprechend einer vorbestimmten Vergrößerung, um ihn in der Bilderzeugungsebene der zweiten CCD-Kamera 30 abzubilden. Das durch die zweite Bildumformoptik 26 umgeformte Bild wird von der zweiten CCD-Kamera 30 eingefangen und auf dem Bildschirm des ersten Monitors 2 dargestellt, der an die zweite CCD-Kamera 30 angeschlossen ist.

Das Abbe-Prisma 63 wird als Ganzes in der XY-Ebene bewegt, indem der X- und der Y-Tisch 27a über den Stellmechanismus 27 angetrieben werden. Mit Bewe­ gen des Abbe-Prismas 63 aus seiner Anfangsposition in X- und/oder Y-Richtung wird die optische Achse Ax der Objektivoptik 65 nach Austritt aus dem Abbe- Prisma 63 gegenüber der optischen Achse der zweiten Bildumformoptik 26 in Bewegungsrichtung des Abbe-Prismas 63 um eine Strecke bewegt, die zweimal so lang wie die Bewegungsstrecke des Abbe-Prismas 63 ist. Fig. 6 zeigt in sche­ matischer Darstellung den Fall, dass ein gegenüber der Mitte des auf dem Bild­ schirm des zweiten Monitors 3 dargestellten Bildes dezentrierter Teil entspre­ chend einer vorbestimmten Vergrößerung vergrößert und durch das Abbe-Prisma 63, das aus seiner Anfangsposition ausgelenkt ist, auf dem Bildschirm des ersten Monitors 2 dargestellt wird. In Fig. 6 stellen die gestrichelten Linien in dem auf dem Bildschirm des zweiten Monitors 3 angezeigten Bild den von der zweiten CCD-Kamera 30 eingefangenen Bildteil dar, wenn sich das Abbe-Prisma 63 in seiner Anfangsposition befindet.

Der Reflexionsspiegel 64 ist in dem Strahlengang des durch die erste Reflexions­ fläche 63a des Abbe-Prismas 63 tretenden Objektlichtes angeordnet, um die durch die erste Reflexionsfläche 63a separierte optische Achse Ax der Objek­ tivoptik 65 um 90° zu knicken. In dem Strahlengang des an dem Reflexionsspiegel 64 reflektierten Objektlichtes ist der weitere Reflexionsspiegel 22 angeordnet. Die optische Achse Ax der Objektivoptik 65 wird durch den Reflexionsspiegel 22 weiter geknickt, tritt koaxial durch die erste Bildumformoptik 23 und fällt senkrecht auf die Mitte der Bildaufnahmefläche der zweiten CCD-Kamera.

Bei der vorstehend erläuterten Anordnung wird das durch die erste Reflexionsflä­ che 63a getretene Licht nacheinander an den beiden Reflexionsspiegeln 64 und 22 reflektiert, geht durch die erste Bildumformoptik 23 und fällt schließlich auf die Bildaufnahmefläche der ersten CCD-Kamera 40. Die erste CCD-Kamera 40 fängt das durch die Objektivoptik 65 erzeugte und durch die erste Bildumformoptik 23 übertragene Bild ein. Das so eingefangene Bild wird dann auf dem Bildschirm des zweiten Monitors 3 dargestellt, der an die erste CCD-Kamera 40 angeschlossen ist.

Da der Stellmechanismus 27, der Positionsdetektor 29 und die Bildsynthese- Einheit 28 wie in dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben arbeiten, stellt der Monitor 3 ein Bild dar, in dem der rechteckige Rahmen M, der den dem auf dem Bildschirm des zweiten Monitors 2 dargestellten Bild entsprechenden Bereich anzeigt, dem Bild des auf dem Bildschirm des ersten Monitors 3 darzustellenden Raum überlagert ist. Die Bedienperson kann so in dem auf dem Bildschirm des ersten Monitors 3 dargestellten Bild eindeutig den Bereich identifizieren, der dem auf dem Bildschirm des zweiten Monitors 2 dargestellten vergrößerten Bild ent­ spricht.

Wie oben im Detail erläutert, ermöglicht es die Erfindung, einen zu betrachtenden Zielbereich in dem Bild, das durch die Objektivoptik in der Bildebene erzeugt und auf dem Bildschirm des ersten Monitors dargestellt wird, zu suchen und zu erfas­ sen und ein Bild dieses Bereichs auf dem Bildschirm des zweiten Monitors darzu­ stellen. Gleichzeitig wird der auf dem Bildschirm des zweiten Monitors dargestellte Bereich durch eine Markierung in dem Bild angezeigt, das auf dem Bildschirm des ersten Monitors dargestellt wird. Der Betrachter kann so in dem auf dem Bild­ schirm des ersten Monitors dargestellten Weitwinkelbild eindeutig die Position und den Bereich identifizieren, die dem auf dem Bildschirm des zweiten Monitors dargestellten Bild entsprechen, indem er auf die Markierung in dem Weitwinkelbild blickt.

Claims (7)

1. Bildsuchvorrichtung mit
einer ersten Bildaufnahmeoptik,
einer ersten Bildaufnahmevorrichtung, die ein durch die erste Bildaufnah­ meoptik erzeugtes Bild eines vorbestimmten Sehfeldes aufnimmt und ein dieses Bild darstellendes erstes Bildsignal ausgibt,
einer zweiten Bildaufnahmeoptik mit mindestens einer Linse, die ein Bild zumindest eines Teils des vorbestimmten Sehfeldes erzeugt,
einer zweiten Bildaufnahmevorrichtung, die das durch die zweite Bildaufnahmeoptik erzeugte Bild aufnimmt und ein dieses Bild darstellendes zweites Bildsignal ausgibt,
einer Schiebeeinheit, die einen Bereich, der von der zweiten Bildaufnahme­ vorrichtung durch die zweite Bildaufnahmeoptik aufzunehmen ist, innerhalb des vorbestimmten Sehfeldes verschiebt, indem sie die optische Achse der in der zweiten Bildaufnahmeoptik vorgesehenen Linse relativ zur zweiten Bildaufnahmevorrichtung verschiebt,
eine Bildsynthese-Einheit, die auf Grundlage des Verschiebungswertes der optischen Achse relativ zur zweiten Bildaufnahmevorrichtung ein Bildsignal, das eine Markierung darstellt, die den Bereich, der dem von der zweiten Bildaufnahmevorrichtung aufgenommenen Bild entspricht, zeigt, auf das er­ ste Bildsignal addiert,
einer ersten Anzeigeeinheit, die das Bild anzeigt, das durch das erste, durch die Bildsynthese-Einheit bearbeitete Bildsignal dargestellt wird, und
einer zweiten Anzeigeeinheit, die das durch das zweite Bildsignal darge­ stellte Bild anzeigt.

2. Bildsuchvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schiebeeinheit ein Schiebeelement, das die optische Achse verschiebt, in­ dem es sie in einer Ebene senkrecht zur optischen Achse bewegt, und eine Stelleinheit enthält, die das Schiebeelement bewegt.

3. Bildsuchvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Schiebeelement eine Bildaufrichtoptik mit mindestens vier Reflexionsflächen ist.

4. Bildsuchvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
sich die erste und die zweite Bildaufnahmeoptik eine Objektivoptik, welche die Linse, deren optische Achse durch die Schiebeeinheit relativ zur zweiten Bildaufnahmevorrichtung verschoben wird, enthält, und ein optisches Tren­ nelement teilen, welches das durch die Objektivoptik tretende Objektlicht teilt, und
die zweite Bildaufnahmeoptik eine Bildumformoptik enthält, die hinter dem Trennelement angeordnet ist, um für eine Zwischenabbildung mindestens eines Teils eines durch die Objektivoptik erzeugten Bildes zu sorgen.

5. Bildsuchvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass
die Bildumformoptik eine Varioeinheit enthält, die das Vergrößerungsvermö­ gen der gesamten Bildumformoptik ändert, indem sie sich längs ihrer opti­ schen Achse bewegt, und
die Bildsynthese-Einheit auf Grundlage der Position der Varioeinheit die momentane Größe des Bereichs, der dem von der zweiten Bildaufnahmevor­ richtung aufgenommenen Bild entspricht, in dem von der ersten Bildaufnah­ mevorrichtung aufgenommenen Bild berechnet und ein Bildsignal erzeugt, das die Markierung darstellt, die den Bereich mit der berechneten momenta­ nen Größe zeigt.

6. Bildsuchvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Objektivoptik in einem Endoskop enthalten ist.

7. Bildsuchvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Objektivoptik in einer Überwachungskamera enthalten ist.