DE102005004681A1

DE102005004681A1 - Anordnung und Verfahren zur stereoskopischen Betrachtung

Info

Publication number: DE102005004681A1
Application number: DE102005004681A
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Dr. Geier; Hans Dr. Tandler
Original assignee: Carl Zeiss Jena GmbH
Current assignee: Jenoptik AG
Priority date: 2005-02-02
Filing date: 2005-02-02
Publication date: 2006-08-10

Abstract

Verfahren zur Erzeugung eines stereoskopischen Bildes mittels einer mikroskopischen Anordnung, wobei im vom Objekt kommenden Abbildungsstrahlengang nach dem Mikroskopobjektiv, in oder in der Nähe seiner Zwischenbildebene oder zu dieser optisch konjugiert, mittels eines reflektiven Elementes eine taktweise Zuordnung zu einem rechten und einem linken Betrachterauge erfolgt.

Description

In EP 730181 A1 der Anmelderin wird ein Verfahren und eine Anordnung zur Erzeugung eines stereoskopischen Bildes in einer mikroskopischen Anordnung beschrieben, wobei ein Objekt taktweise aus zwei Richtungen beleuchtet und das jeweilige Bild im Takt dem rechten bzw. linken Auge des Betrachters zugeführt wird. Dazu wird die Austrittspupille des Objektives geteilt und taktweise dem linken und rechten Auge oberhalb dessen Flimmerfrequenz abwechselnd zugeführt wird.

Die Japanische Offenlegungsschrift JP 4-355 712 beschreibt ein stereoskopisches Betrachtungssystem bei dem in einem Ausführungsbeispiel die Aufteilung der Teilbilder mittels eines rotierenden Spiegelsystems erfolgt.

Die DE-OS 42 43 556 beschreibt ein zweikanaliges Stereomikroskop, bei dem die Okularbilder taktweise einer Videokamera zugeführt werden um eine Stereodarstellung auf einer stereofähigen Anzeige zu realisieren.

Die GB-Patentschrift GB 2 268 283 B beschreibt eine Möglichkeit mittels eines monokularen Instruments stereoskopische Bilder zu erzeugen, indem mittels Spiegeln oder Prismen der von einem Objektiv kommende Strahlengang aufgeteilt und zwei Okularen oder Videokameras zugeführt wird.

In WO 95/14592 ist ein stereoskopisches Endoskop angegeben, bei dem mittels Shutter ein von einem Objektiv kommendes Bild geteilt und die Teilbilder wechselweise auf einer stereofähigen Anzeige dargestellt werden.

Allen diesen Lösungen ist gemeinsam, dass das vom Objekt kommende Licht nicht optimal ausgenutzt wird, da durch die Blenden, Teiler oder Shutter ein Teil des Lichtes ausgeblendet wird und somit nicht zur Abbildung beitragen kann..

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Anordnung zur Erzeugung eines stereoskopischen Bildes anzugeben, bei der die Auflösung und der stereoskopische Eindruck gegenüber dem Stand der Technik bedeutend verbessert sind.

Diese Aufgabe wird gemäß der unabhängigen Ansprüche gelöst, wobei besonders vorteilhafte Weiterbildungen Gegenstand der abhängigen Ansprüche sowie der folgenden Beschreibung sind.

Das stereoskopische Bild eines selbstleuchtenden Objektes, z.B. eines mikroskopischen Fluoreszenzobjektes, wird insbesondere vorteilhaft dadurch erzeugt, dass in der Zwischenbildebene nach dem Objektiv ein schaltbares reflektives Element angeordnet ist, welches taktweise abwechselnd dem linken und rechten Auge des Betrachters ein Bild des Objektes zuführt, wobei die Schaltfrequenz oberhalb der Flimmerfrequenz des Auges liegt (z.B. 100Hz oder größer).

Damit wird auf die vom Stand der Technik bekannte Teilung der Austrittspupille mit deren prinzipbedingten Lichtverlusten durch ein nahezu verlustfreies System ersetzt. Mit dieser Anordnung können Durch- und Auflichtobjekte betrachtet werden.

Dabei kann das reflektive Element als DMD-Spiegel oder Schwingspiegel ausgeführt sein.

DMD = „digital micromirror devices" bestehen aus einer Vielzahl von Mikrospiegeln, deren Winkellage mit hoher Schaltgeschwindigkeit elektrostatisch verändert werden kann.

Die Erfindung soll nachstehend anhand der schematischen Zeichnungen weiter erläutert werden.
Es zeigen
1 eine schematische Ansicht des gestreckt dargestellten Strahlengangs in einem Mikroskop gemäß der Erfindung
2 und 3 schematische Ansichten der optischen Elemente
4 und 5 schematische Ansichten des Strahlengangs mit den Hauptebenen.
In 1 wird das von einem Objekt O kommende Licht von einem Objektiv (Hauptebenen H, H' _ob), eine Tubuslinse (Hauptebenen H, H' _tl), eine Feldlinse (Hauptebenen H, H' _fl) in die Zwischenbildebene O' abgebildet. In der Zwischenbildebene O' ist ein reflektives Element 2 angebracht, dessen Reflexionsrichtung variierbar bzw. umschaltbar ist. Mit dieser Umschaltung des reflektiven Elements 2 wird zwischen einer Abbildung des Objektes entlang Strahl 1 oder Strahl 3 gewechselt und damit das Objekt O aus zwei Richtungen „betrachtet", so dass für den Betrachter ein Stereoeindruck entsteht.
Zur Veranschaulichung wird der weitere Strahlengang hier gestreckt dargestellt, d.h die sich nach der Reflexion an 2 ergebende Richtungsänderung vernachlässigt, um den weiteren Strahlengang in der Zeichenebene fortzuführen. Dieser weitere Strahlengang weist eine Übertragungsoptik (Relay-System) mit den Hauptebenen H, H' _rs auf, welche die Abbildung in die hier nicht dargestellten Okulare bewirkt.
Mit AP und AP' sind die Austrittspupilleebene des Objektivs bzw. die dazu konjugierte Ebene bezeichnet. Bei bekannten Lösungen zur Erzeugung eines Stereoeindrucks wird dagegen eine Pupillenteilung in der Ebene AP' vorgenommen. In 2 und 3 wird das Licht eines Selbststrahlers (Objekt) O vom Objektiv OB aufgenommen. Eine Tubuslinse T1 erzeugt ein erstes Zwischenbild jenseits eines Spiegels S1. Eine Feldlinse FL erzeugt eine Abbildung der Objektes O auf einen Spiegel 2. Der Spiegel bildet taktweise die Strahlbündel für ein linkes und rechtes Okular OK1, OK2 ab, so dass der Schwerpunkt des Strahlbündels eine Stereobeobachtung ermöglicht und die Apertur maximal ausgeschöpft wird. Dazu kann der Spiegel 2 als Schwingspiegel ausgeführt sein, der zwischen zwei Auslenkungen hin und her schwingt, wobei die Größe der Auslenkung die Basisbreite der Stereoabbildung bestimmt und vorteilhafterweise einstellbar ist. Alternativ kann als Spiegel 2 auch ein DMD-Chip benutzt werden, bei welchem die Mikrospiegel im Takt und nahezu verzögerungsfrei umgeschaltet werden. Die Relay-Linsen RS21, RS22 des Übertragungssystems erzeugen die Zwischenbilder für das jeweilige Okular OK1, Ok2. Umlenkprismen UP1, UP2 und Prismen P1, P2 führen das Zwischenbild der Okularbeobachtung zu. Durch Verschieben der Prismen P1, P2 ist der Augenabstand des Betrachters einstellbar, was durch die Bezugszeichen 4, 6 angedeutet ist..
Alternativ oder auch gemeinsam mit der Okularbetrachtung kann auch mittels Spiegel S2 die Auskopplung des dem jeweiligen Stereokanals entsprechenden Bildes auf elektronische Kameras K1, K2 erfolgen, mit deren Hilfe das Stereobild über bekannte Darstellungstechniken wie beispielsweise Bildschirmvorsatz und Polarisationsbrille betrachtet werden kann.
In den 4 und 5 sind die Strahlengänge aus den 2 und 3 noch einmal angegeben, wobei zur weiteren Veranschaulichung die Hauptebenen H, H' der einzelnen optischen Baugruppen dargestellt sind. In 5 ist veranschaulicht, wie durch die Änderung der Orientierung des Spiegels 2 wechselseitig das vom Objekt O kommende Licht auf die beiden Okulare OK1 und OK2 gelenkt wird, wobei je nach Auslenkung des Spiegels 2 die Abbildung entlang des Strahls 1 oder 3 (aus 1) erfolgt, so dass in den Okularen stets das Bild des Objekts aus der zu den Strahlen 1 bzw. 3 gehörenden Richtung entsteht.
Da durch das reflektive Element 2 bei entsprechend schneller Umschaltung (insbesondere wenn es als DMD ausgeführt ist) gleichzeitig die räumliche Aufspaltung der beiden Stereokanäle bewirkt wird kann auf die beim Stand der Technik notwendige verlustbehaftete Aufspaltung durch Shutter, Blenden, Polarisatoren o.ä. verzichtet werden, was zu einer bedeutenden Erhöhung der Brillanz und des Stereoeindrucks führt.
Für den Fall, dass als reflektives Element ein Schwingspiegel eingesetzt wird und aus mechanischen Gründen die Umschaltgeschwindigkeit begrenzt ist, kann die Auftrennung der Stereokanäle beobachtungsseitig auch mittels Shutter erfolgen wie es beispielsweise in der DE 197 22 726 beschrieben ist, auf deren vollinhaltliche Offenbarung hiermit Bezug genommen wird.
Dabei kann der Schwingspiegel sphärisch ausgeführt werden, wodurch es bei geeigneter Formgebung möglich ist, die Abbildungsfunktion des Übertragungssystems RS zu übernehmen und dieses dadurch einzusparen oder bedeutend zu vereinfachen.
Die Erfindung ist nicht an die dargestellten Ausführungsbeispiele gebunden, fachmännische Weiterentwicklungen führen nicht zu einem Verlassen des Schutzbereiches.

Claims

Verfahren zur Erzeugung eines stereoskopischen Bildes mittels einer mikroskopischen Anordnung, dadurch gekennzeichnet, dass im vom Objekt kommenden Abbildungsstrahlengang nach dem Mikroskopobjektiv, in oder in der Nähe seiner Zwischenbildebene oder zu dieser optisch konjugiert, mittels eines reflektiven Elementes eine taktweise Zuordnung zu einem rechten und einem linken Betrachterauge erfolgt.
Mikroskopische Anordnung zur Erzeugung eines stereoskopischen Bildes , wobei in oder in der Nähe der Zwischenbildebene des Mikroskopobjektives oder zu dieser optisch konjugiert ein reflektives Element vorgesehen, welches schaltbar und zur taktweisen Zuordnung zu einem rechten und einem linken Betrachterauge vorgesehen sind.
Mikroskopische Anordnung nach Anspruch 2, wobei die Zuordnung zu den Betrachteraugen über ein rechtes und ein linkes Okular erfolgt.
Mikroskopische Anordnung nach Anspruch 2 , wobei taktweisen Zuordnung eine Videokamera sowie nachgeordnete 3D-Wiedergabetechnik vorgesehen ist.
Mikroskopische Anordnung nach Anspruch 2, 3 oder 4, wobei zur taktweisen Zuordnung mindestens eine schwenkbare Spiegelanordnung vorgesehen ist.
Mikroskopische Anordnung nach Anspruch 5, wobei die schwenkbare Spiegelanordnung ein DMD-Spiegel ist.
Mikroskopische Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei das reflektive Element eine sphärische Oberfläche aufweist.