DE102008060475A1

DE102008060475A1 - Beleuchtungsvorrichtung für ein optisches Instrument und Verfahren zur Beleuchtung eines mit einem optischen Instrument abzubildenden Objektes

Info

Publication number: DE102008060475A1
Application number: DE102008060475A
Authority: DE
Inventors: Oliver Prof. Dr. Bimber
Original assignee: Bauhaus Universitaet Weimar
Current assignee: Bauhaus Universitaet Weimar
Priority date: 2008-12-05
Filing date: 2008-12-05
Publication date: 2010-06-17

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinrichtung (1) für ein optisches Instrument und ein Verfahren zur Beleuchtung eines mit einem optischen Instrument abzubildenden Objektes (8) mit einer digitalen Lichtprojektionseinheit (2), deren Beleuchtungscharakteristik mittels einer Steuereinheit (3) modulierbar ist. An die Steuereinheit (3) ist eine Kamera (4) gekoppelt, mittels derer Bilddaten des Objektes (8) erfasst werden. Die Beleuchtungscharakteristik der Lichtprojektionseinheit (2) wird mittels der Steuereinheit (3) anhand der Bilddaten geregelt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung für ein optisches Instrument gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 und ein Verfahren zur Beleuchtung eines mit einem optischen Instrument abzubildenden Objektes gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 5.
Bei optischen Abbildungen eines Objektes mittels optischer Instrumente, wie in der Lichtmikroskopie oder der Endoskopie, wird Licht entweder durch ein abzubildendes Objekt geleitet oder von ihm reflektiert, um das Objekt zu betrachten oder aufzunehmen. Dabei ist der Kontrast der Abbildung des Objektes ein wesentliches Qualitätsmerkmal dieser Abbildung.
Aus DE 196 44 662 C2 ist eine Beleuchtungseinrichtung für ein Mikroskop bekannt, die einen Videoprojektor zur Objektbeleuchtung aufweist. Der Videoprojektor weist beispielsweise eine Flüssigkristallzelle auf oder ist als so genannter DLP-Projektor ausgeführt (DLP = Digital Light Processing), d. h. als ein Lichtprojektor mit einem matrixartigen Feld einzeln beweglicher Mikrospiegel zur Lichtprojektion. Der Videoprojektor ist über einen Computer zur Realisierung unterschiedlicher Beleuchtungszustände der Objektbeleuchtung ansteuerbar.
Aus A. Pavlovych und W. Stuerzlinger, "A High-Dynamic Range Projection System", Photonic Applications in Biosensing and Imaging, Eds. Chan, Yu, Krull, Hornsey, Wilson, SPIE annual meeting, vol. 5969, ISBN 081945988-7, Sept. 2005 ist ein so genanntes HDR-Projektionssystem bekannt (HDR = High-Dynamic Range), d. h. ein Lichtprojektionssystem mit einem hohen Kontrastumfang. Das HDR-Projektionssystem weist einen DLP-Projektor auf. Ferner weist es ein so genanntes LCD-Panel (LCD = Liquid Crystal Display), d. h. einen Flüssigkristallbildschirm, und mehrere optische Linsen auf, die dem DLP-Projektor im Strahlengang nachgeordnet sind und mittels derer die von dem DLP-Projektor ausgesendete Strahlung modulierbar ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Verbesserung einer optischen Abbildung eines mit einem optischen Instrument abzubildenden Objektes, insbesondere zur Verbesserung des Kontrastes einer lichtmikroskopischen oder endoskopischen Abbildung, anzugeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß hinsichtlich der Vorrichtung durch eine Beleuchtungsvorrichtung für ein optisches Instrument mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen und hinsichtlich des Verfahrens durch ein Verfahren zur Beleuchtung eines mit einem optischen Instrument abzubildenden Objektes mit den in Anspruch 5 angegebenen Merkmalen gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung für ein optisches Instrument zur Beleuchtung eines mit dem optischen Instrument abzubildenden Objektes weist eine digitale Lichtprojektionseinheit auf, deren Beleuchtungscharakteristik räumlich und/oder zeitlich modulierbar ist. Ferner weist sie eine Steuereinheit zur Modulierung der Beleuchtungscharakteristik der Lichtprojektionseinheit und eine an die Steuereinheit gekoppelte Kamera auf, mittels derer Bilddaten des Objektes erfassbar sind. Die Beleuchtungscharakteristik der Lichtprojektionseinheit ist mittels der Steuereinheit anhand der Bilddaten regelbar.
Unter einer digitalen Lichtprojektionseinheit wird dabei eine Projektionseinheit verstanden, mittels derer elektromagnetische Strahlung räumlich und/oder zeitlich digital gesteuert aussendbar ist. Die Bezeichnung ist dabei nicht auf elektromagnetische Strahlung mit Wellenlängen vorwiegend im sichtbaren Bereich oder mit einem weißlichtähnlichen Spektrum beschränkt. Sie schließt somit Projektionseinheiten ein, die elektromagnetische Strahlung mit Wellenlängen im nicht sichtbaren Bereich und/oder mit einem von einem weißlichtähnlichen Spektrum abweichenden Spektrum aussenden.
Unter der Beleuchtungscharakteristik einer derartigen Lichtprojektionseinheit wird die räumliche und zeitliche Intensitäts- und Spektralverteilung der von der Lichtprojektionseinheit ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung verstanden.
Die Beleuchtung des abzubildenden Objektes mit einer digitalen Lichtprojektionseinheit, deren Beleuchtungscharakteristik mittels einer Steuereinheit modulierbar ist, hat den Vorteil, dass dadurch die Beleuchtungscharakteristik der Lichtprojektionseinheit den für die Abbildung relevanten Eigenschaften des Objektes, beispielsweise dessen Form, Abmessungen, optischen Eigenschaften und Bewegung, räumlich und/oder zeitlich angepasst werden kann. Die erfindungsgemäße Kopplung einer Kamera an die Steuereinheit hat den Vorteil, dass derartige Eigenschaften des Objektes mittels der Steuereinheit aus von der Kamera erfassten Bilddaten ermittelt werden können. Die erfindungsgemäße Regelbarkeit der Beleuchtungscharakteristik der Lichtprojektionseinheit mittels der Steuereinheit anhand der Bilddaten ermöglicht somit vorteilhaft eine automatische Anpassung der Beleuchtung an die für die Abbildung relevanten Eigenschaften des Objektes. Dadurch kann die Qualität der optischen Abbildung des Objektes und einer optionalen digitalen Bilderfassung und -analyse verbessert werden.
Optische Instrumente, für die die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung vorteilhaft eingesetzt werden kann, sind insbesondere Lichtmikroskope und Endoskope mit Anwendungen beispielsweise in der Chirurgie, in forensischen Untersuchungen, der Digitalmikroskopie bzw. -endoskopie und Materialwissenschaften.
Als Lichtprojektionseinheit kann dabei sowohl ein aus dem Stand der Technik bekanntes HDR-Projektionssystem als auch ein LDR-Projektionssystem (LDR = Low-Dynamic Range) verwendet werden.
Unter einem LDR-Projektionssystem wird dabei ein herkömmliches Projektionssystem mit einem üblichen Kontrastumfang verstanden.
Mit einer derartigen Lichtprojektionseinheit können vorteilhaft sehr kontrastreiche Abbildungen eines Objektes erzielt werden. Durch die Modulierbarkeit der Beleuchtungscharakteristik der Lichtprojektionseinheit mittels der Steuereinheit anhand der von der Kamera erfassten Bilddaten kann insbesondere der Kontrast gezielt lokal in räumlichen Bereichen erhöht werden, die von der Steuereinheit als kontrastarm eingestuft werden. Dadurch kann die Qualität der Abbildung des Objektes durch eine lokale Kontrastoptimierung vorteilhaft erhöht werden. Die Kontrastverbesserung wirkt sich vorteilhaft einerseits bei einer direkten Objektbetrachtung, beispielsweise durch Okulare eines Lichtmikroskops, aus und ermöglicht andererseits verbesserte Bilderfassungs-, Bildverarbeitungs- und Bildanalysetechniken bei einer Aufnahme und Auswertung von Abbildungen des Objektes mittels einer dazu geeigneten Kamera oder bei belichtungsreichen Aufnahmen des Objektes.
Ein HDR-Projektionssystem ist dabei verglichen mit einem LDR-Projektionssystem teurer, erlaubt aber aufgrund seines größeren Kontrastumfangs eine noch größere Kontrastverstärkung. Eine als HDR-Projektionssystem ausgebildete Lichtprojektionseinheit eignet sich daher vorteilhaft für Anwendungen mit einem besonders hohem Kontrastverstärkungsbedarf.
Die Kamera ist in einem Strahlengang von der Lichtprojektionseinheit ausgesendeten Lichts derart angeordnet, dass sie von dem Objekt reflektiertes oder durch das Objekt transmittiertes Licht empfängt.
Unter durch das Objekt transmittiertem Licht wird Licht verstanden, das durch das Objekt hindurch tritt und in annähernd derselben Richtung in das Objekt eintritt und aus ihm austritt.
Eine Anordnung der Kamera, in der sie von dem Objekt reflektiertes Licht empfängt, ist bei Abbildungen des Objektes durch von dem Objekt reflektiertes Licht bevorzugt, beispielsweise in dem Falle, dass das optische Instrument zur Abbildung des Objektes ein Lichtmikroskop für Auflichtmikroskopie ist. Entsprechend ist eine Anordnung der Kamera, in der sie durch das Objekt transmittiertes Licht empfängt, bei Abbildungen des Objektes durch durch das Objekt transmittiertes Licht bevorzugt, beispielsweise in dem Falle, dass das optische Instrument zur Abbildung des Objektes ein Lichtmikroskop für Durchlichtmikroskopie ist. Durch eine solche der Abbildung des Objektes angepasste Anordnung der Kamera können die Bilddaten der Kamera besonders vorteilhaft zur Regelung der Beleuchtungscharakteristik der Lichtprojektionseinheit verwendet werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein mit einem optischen Instrument abzubildendes Objektes mittels einer Beleuchtungsvorrichtung beleuchtet, die eine digitale Lichtprojektionseinheit mit einer räumlich und/oder zeitlich modulierbaren Beleuchtungscharakteristik und eine Steuereinheit zur Modulierung der Beleuchtungscharakteristik der Lichtprojektionseinheit aufweist. Dabei werden Bilddaten des Objektes mittels einer an die Steuereinheit gekoppelten Kamera erfasst und die Beleuchtungscharakteristik der Lichtprojektionseinheit mittels der Steuereinheit anhand dieser Bilddaten geregelt.
Vorzugsweise wird dazu von der Steuereinheit aus den von der Kamera erfassten Bilddaten wenigstens ein Bildparameter zur Analyse der Abbildung des Objektes ermittelt und als Regelgröße zur Regelung der Beleuchtungscharakteristik der Lichtprojektionseinheit verwendet.
Dadurch kann die Qualität der Abbildung des Objektes vorteilhaft über die Bildparameter automatisch kontrolliert und optimiert werden. Da die Bildparameter aus den von der Kamera erfassten Bilddaten ermittelt werden, kann die Qualität der Abbildung insbesondere den Eigenschaften des jeweiligen Objektes angepasst werden.
Bevorzugt werden Kontrastwerte als Bildparameter der Bilddaten ermittelt. Darunter werden Parameter verstanden, die Hell-Dunkel-Kontraste und/oder Farbkontraste angeben.
Besonders bevorzugt werden insbesondere Kontrastwerte lokaler Kontraste als Bildparameter der Bilddaten ermittelt, und in anhand dieser Kontrastwerte als kontrastarm erkannten Teilbereichen des Objektes werden Kontraste durch die Regelung der Beleuchtungscharakteristik der Lichtprojektionseinheit lokal erhöht.
Die lokale Erhöhung der Kontraste wird dabei beispielsweise durch eine lokale Erhöhung der Beleuchtungsstärke und/oder eine lokale Änderung der Beleuchtungsfarbe erreicht. Dadurch kann die Qualität der Abbildung des Objektes in kontrastarmen Teilbereichen durch eine Kontrastverstärkung und insbesondere durch eine lokale Kontrastoptimierung verbessert werden. Insbesondere kann die Kontrastregelung der menschlichen visuellen Wahrnehmung durch eine dieser entsprechenden Regelung lokaler Kontraste angepasst werden, so dass die Regelung eine Erhöhung lokal wahrgenommener Kontraste bewirkt.
Alternativ oder zusätzlich werden vorzugsweise Bildparameter zur Erkennung von durch Lichtreflexion an dem Objekt erzeugten Glanzlichtern ermittelt, und ermittelten Glanzlichtern wird durch die Regelung der Beleuchtungscharakteristik der Lichtprojektionseinheit entgegengewirkt.
Dabei wird unter einem Glanzlicht eine spekulare (spiegelnde) Rückreflexion von Licht an einem Oberflächenbereich des Objektes zu dem optischen Instrument verstanden. Geeignete Bildparameter zur Erkennung von Glanzlichtern sind beispielsweise lokale Helligkeiten der Abbildung des Objektes.
Dabei wird Glanzlichtern beispielsweise dadurch entgegengewirkt, dass die Beleuchtungsstärke in Teilbereichen des Objektes, in denen Glanzlichter erkannt werden, reduziert wird. Insbesondere kann die Beleuchtungsstärke wellenlängenabhängig reduziert werden, wenn die erkannten Glanzlichter eine bestimmte Farbe aufweisen. Wird beispielsweise in einem Teilbereich des Objektes ein rotes Glanzlicht erkannt, dann wird in diesem Teilbereich der Rot-Anteil der Beleuchtung reduziert. Dadurch wird die Lichtstärke von Glanzlichtern in den Abbildungen des Objektes und damit eine Beeinträchtigung der Qualität der Abbildung durch Glanzlichter vorteilhaft reduziert.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens werden zusätzlich oder alternativ Bildparameter zur Erkennung von Volumenstreuungen von von der Lichtprojektionseinheit ausgesendetem Licht ermittelt, und erkannten Volumenstreuungen wird durch die Regelung der Beleuchtungscharakteristik der Lichtprojektionseinheit entgegenwirkt.
Unter einer Volumenstreuung von Licht wird dabei die Streuung von Licht verstanden, das in das Objekt eindringt und innerhalb des Objektes gestreut wird, bevor es wieder aus dem Objekt austritt.
Volumenstreuungen können die Qualität der Abbildung eines Objektes, insbesondere lokale Kontraste der Abbildung, erheblich reduzieren, indem sie Licht innerhalb des Objektes verteilen und dadurch insbesondere einer räumlichen und zeitlichen Modulation der Beleuchtungscharakteristik der Lichtprojektionseinheit entgegenwirken. Durch die Erkennung und Reduzierung von Volumenstreuungen wird somit die Effektivität der Modulation der Beleuchtungscharakteristik gesteigert und die Qualität der Abbildung des Objektes, insbesondere hinsichtlich deren lokalen Kontrasten, verbessert.
Als Bildparameter zur Erkennung von Volumenstreuungen eignen sich, in Abhängigkeit von den spezifischen Eigenschaften des Objektes, beispielsweise Punktspreizfunktionen, Modulationsübertragungsfunktionen oder Matrixelemente einer Lichttransportmatrix der Beleuchtungsvorrichtung, die jeweils bei mehrfacher Beleuchtung des Objektes mit verschiedenen Beleuchtungsmustern der Lichtprojektionseinheit ermittelt werden. Unter einer Lichttransportmatrix wird dabei eine Matrix verstanden, die den so genannten Lichttransport zwischen der Lichtprojektionseinheit und der Kamera beschreibt, indem sie einen Zusammenhang eines von der Lichtprojektionseinheit ausgesendeten Beleuchtungsmusters mit den zugehörigen von der Kamera erfassten Bilddaten herstellt, vgl. z. B. P. Sen et al., "Dual Photography", ACM Trans. Graph. 24, 3, S. 745–755.
Derartige Bildparameter eignen sich zur Erkennung von Volumenstreuungen, da sie eine lokale Verteilung punktuell ausgesendeten Lichts nach dessen Modulation durch das Objekt erkennen lassen, die von Volumenstreuungen abhängt. Insbesondere ist eine derartige Verteilung umso ausgedehnter, je mehr Volumenstreuungen auftreten. Somit können mittels derartiger Bildparameter Teilbereiche des Objektes ermittelt werden, in denen Volumenstreuungen vermehrt auftreten.
Erkannten Volumenstreuungen kann beispielsweise dadurch entgegengewirkt werden, dass eine von der Lichtprojektionseinheit erzeugte Beleuchtungsstärke in diesen Teilbereichen lokal reduziert wird. Ferner kann die Beleuchtungsstärke insbesondere vorteilhaft wellenlängenabhängig reduziert werden, wenn wellenlängenabhängige Volumenstreuungen erkannt werden.
Dadurch werden Teilbereiche des Objektes, in denen Volumenstreuungen vermehrt auftreten, weniger stark und gegebenenfalls wellenlängenabhängig beleuchtet als andere Bereiche des Objektes und somit Volumenstreuungen und deren nachteilige Auswirkungen auf die Qualität der Abbildung des Objektes vorteilhaft reduziert.
In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens werden Bildparameter zur Auswahl wenigstens eines Bildsegmentes der Abbildung des Objektes ermittelt. Durch die Regelung der Beleuchtungscharakteristik der Lichtprojektionseinheit wird wenigstens ein einem ermittelten Bildsegment entsprechender Teilbereich des Objektes durch eine lokale Änderung der Beleuchtungsstärke und/oder Beleuchtungsfarbe hervorgehoben oder ausgeblendet.
Dabei wird ein Teilbereich als ausgeblendet bezeichnet, der nicht oder im Vergleich zu anderen Bereichen deutlich weniger stark beleuchtet wird.
Durch eine Hervorhebung kann ein besonders interessanter Teilbereich des Objektes vorteilhaft visuell betont werden, so dass ein Betrachter der Abbildung des Objektes auf diesen Teilbereich hingewiesen wird. Durch eine Ausblendung können nicht relevante Teilbereich des Objektes verborgen werden und die Aufmerksamkeit des Betrachters kann vorteilhaft auf die wesentlichen Teilbereiche des Objektes gerichtet werden. Derartige Hervorhebungen oder Ausblendungen können vorteilhaft beispielsweise in Assistenzsystemen bei chirurgischen Operationen angewendet werden, um die Bildauswahl auf für eine jeweilige Operation relevante Teilbereiche des Objektes zu konzentrieren.
In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens werden der Steuereinheit zugeführte und/oder von der Steuereinheit aus den Bilddaten ermittelte Zusatzinformationen mittels der Lichtprojektionseinheit auf das Objekt und/oder in seine Umgebung projiziert.
Dadurch werden derartige Zusatzinformationen in die Abbildung des Objektes eingebunden und sind insbesondere bereits bei einer direkten Betrachtung des Objektes, beispielsweise durch ein Okular eines Lichtmikroskops, zugänglich.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf Zeichnungen beschrieben. Darin zeigen:
1 schematisch eine Beleuchtungsvorrichtung für ein Lichtmikroskop für Auflichtmikroskopie,
2 ein Lichtmikroskop mit einer Beleuchtungsvorrichtung für Auflichtmikroskopie,
3 schematisch eine räumlich modulierte Auflichtbeleuchtung eines zu mikroskopierenden Objektes,
4 schematisch eine Beleuchtungsvorrichtung für ein Lichtmikroskop für Durchlichtmikroskopie,
5 ein Lichtmikroskop mit einer Beleuchtungsvorrichtung für Durchlichtmikroskopie, und
6 schematisch eine räumlich modulierte Durchlichtbeleuchtung eines zu mikroskopierenden Objektes.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Die Ausführungsbeispiele betreffen Beleuchtungsvorrichtungen und Verfahren zur Objektbeleuchtung für ein Lichtmikroskop. Sie können in nahe liegender Weise anderen optischen Instrumenten, beispielsweise Endoskopen, angepasst werden.
1 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung 1 für ein Lichtmikroskop M für Auflichtmikroskopie.
2 zeigt ein Lichtmikroskop M mit einer derartigen Beleuchtungsvorrichtung 1 für Auflichtmikroskopie.
Die Beleuchtungsvorrichtung 1 weist eine digitale Lichtprojektionseinheit 2, eine Steuereinheit 3 und eine Kamera 4 auf.
Die Lichtprojektionseinheit 2 ist als ein LDR- oder HDR-Projektionssystem ausgebildet, das aus dem Stand der Technik im Prinzip bekannt ist und daher hier nicht im Detail beschrieben wird. Die Lichtprojektionseinheit 2 sendet sichtbares Licht 12 aus. Die Beleuchtungscharakteristik der Lichtprojektionseinheit 2 ist über die Steuereinheit 3 räumlich und zeitlich modulierbar, so dass eine Intensitätsverteilung des von der Lichtprojektionseinheit 2 ausgesendeten Lichts 12 mittels der Steuereinheit 3 räumlich und zeitlich veränderbar ist.
Die Lichtprojektionseinheit 2 ist in dem Lichtmikroskop M oberhalb von Mikroskopobjektiven 5 angeordnet, von denen wahlweise jeweils eines auf ein zu mikroskopierendes Objekt 8 ausrichtbar ist, das mittels eines Objektträgers 7 auf einem Objekttisch 9 des Lichtmikroskops M angeordnet ist.
Bevorzugt ist die Lichtprojektionseinheit 2 so eingestellt, dass das von ihr ausgesendete Licht 12 beim Verlassen der Lichtprojektionseinheit 2 zunächst auf eine unendliche Bildweite fokussiert ist, beispielsweise durch Einspeisung des von ihr ausgesendeten Lichts 12 in einen so genannten Endlosstrahlengang des Lichtmikroskops M. Dadurch braucht zur Fokussierung des Objektes 8 jeweils nur der Fokus des Mikroskops M durch Auswahl und Einstellung eines Mikroskopobjektivs 5 geändert zu werden, ohne die Lichtprojektionseinheit 2 oder die Kamera 4 nachfokussieren zu müssen.
Das von der Lichtprojektionseinheit 2 ausgesendete Licht 12 wird von einer optischen Einheit 6 des Lichtmikroskops M auf das zu mikroskopierende Objekt 8 ausgerichtet. Von dem Objekt 8 reflektiertes Licht 13, das durch das jeweils ausgewählte Mikroskopobjektiv 5 hindurchtritt, wird von der optischen Einheit 6 auf Okulare 10 des Lichtmikroskops M und die Kamera 4 aufgeteilt und diesen jeweils zugeleitet. Die Kamera 4 ist an einem oberen Kameraanschluss des Lichtmikroskops M montiert.
Die Kamera 4 erfasst durch den ihr zugeleiteten Anteil des von dem Objekt 8 reflektierten Lichts 13 Bilddaten des Objektes 8. Diese Bilddaten werden der Steuereinheit 3 zugeführt. Die Steuereinheit 3 ermittelt Kontrastwerte lokaler Kontraste dieser Bilddaten und verwendet sie als Regelgrößen zur Regelung der Beleuchtungscharakteristik der Lichtprojektionseinheit 2.
Dazu vergleicht die Steuereinheit 3 die ermittelten lokalen Kontraste der Bilddaten jeweils mit einem vorgegebenen lokalen Kontrastsollwert. Dabei können die Kontrastsollwerte je nach vorgesehener Darstellung des Objektes 8 orts- und/oder zeitabhängig sein, beispielsweise um bestimmte Teilbereiche des Objektes 8 dauerhaft oder temporär hervorzuheben oder auszublenden oder um die lokalen Kontraste einer aus den Bilddaten ermittelten Form und/oder Bewegung des Objektes 8 anzupassen. In Bereichen, in denen die ermittelten lokalen Kontraste der Bilddaten von den dortigen Kontrastsollwerten abweichen, wird die Intensität des von der Lichtprojektionseinheit 2 ausgesendeten Lichts 12 derart verändert, dass die Änderung der Intensität der Abweichung der lokalen Kontraste von den Kontrastsollwerten entgegen wirkt.
Eine bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht eine Echtzeitregelung der Beleuchtungscharakteristik der Lichtprojektionseinheit 2 vor. Dazu wird die Kamera laufend mit der Lichtprojektionseinheit 2 mittels der Steuereinheit 3 synchronisiert. Eine Echtzeitregelung ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn sich das zu mikroskopierende Objekt 8 bewegen und/oder verformen kann, da dadurch zur Kontrastregelung die momentane Position und/oder Form des Objektes 8 berücksichtigt werden kann.
In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die von der Kamera 4 erfassten Bilddaten, gegebenenfalls nach einer von der Steuereinheit 3 vorgenommenen Bildbearbeitung, zusätzlich einem Monitor 11 zugeführt und von diesem ausgegeben. Alternativ oder zusätzlich werden auf dem Monitor 11 von der Steuereinheit 3 aus den Bilddaten ermittelte und/oder der Steuereinheit 3 zugeführte Zusatzinformationen, beispielsweise eine Ausdehnung oder Geschwindigkeit des Objektes 8, ausgegeben und/oder mittels der Lichtprojektionseinheit 2 auf das Objekt und/oder in seine Umgebung projiziert.
3 zeigt schematisch eine räumlich modulierte Auflichtbeleuchtung eines zu mikroskopierenden Objektes 8 durch von der Lichtprojektionseinheit 2 ausgesendetes Licht 12. Dargestellt sind drei Teilbereiche 8.1, 8.2, 8.3 des Objektes 8 mit jeweils unterschiedlichen optischen Eigenschaften. Durch die Regelung der Beleuchtungscharakteristik der Lichtprojektionseinheit 2 mittels der Steuereinheit 3 werden die drei Teilbereiche 8.1, 8.2, 8.3 mit von der Lichtprojektionseinheit 2 ausgesendetem Licht 12 jeweils unterschiedlicher Intensität beleuchtet, so dass im Vergleich mit einer gleichmäßigen Beleuchtung der Teilbereiche 8.1, 8.2, 8.3 ein deutlich höherer Kontrast erzielt wird.
Die 4 bis 6 entsprechen jeweils den 1 bis 3. Im Unterschied zu der in den 1 bis 3 dargestellten Anordnung ist die Beleuchtungsvorrichtung 1 in diesem Beispiel zur Durchlichtmikroskopie vorgesehen. Die Lichtprojektionseinheit 2 ist dazu unterhalb des Objekttisches 9 des Lichtmikroskops M angeordnet, beispielsweise an einem Anschluss, der üblicherweise für eine Quecksilberhochdrucklampe zur Fluoreszenzmikroskopie vorgesehen ist. Das zu mikroskopierende Objekt 8 wird von unten mit von der Lichtprojektionseinheit 2 ausgesendetem Licht 12 beleuchtet. Anstelle von dem Objekt 8 reflektierten Lichts 13 wird in diesem Fall durch das Objekt 8 transmittiertes Licht 14 der Kamera 4 und den Okularen 10 des Lichtmikroskops M zugeführt. Die Beleuchtungsvorrichtung 1 selbst und das Verfahren zur Beleuchtung des zu mikroskopierenden Objektes 8 unterscheiden sich im Übrigen nicht von der anhand der 1 bis 3 beschriebenen Beleuchtungsvorrichtung 1 und dem dort beschriebenen Verfahren zur Beleuchtung des zu mikroskopierenden Objektes 8.

1: Beleuchtungsvorrichtung
2: Lichtprojektionseinheit
3: Steuereinheit
4: Kamera
5: Mikroskopobjektiv
6: optische Einheit
7: Objektträger
8: Objekt
8.1: erster Teilbereich
8.2: zweiter Teilbereich
8.3: dritter Teilbereich
9: Objekttisch
10: Okular
11: Monitor
12: ausgesendetes Licht
13: reflektiertes Licht
14: transmittiertes Licht
M: Lichtmikroskop

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 19644662 C2 [0003]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- A. Pavlovych und W. Stuerzlinger, ”A High-Dynamic Range Projection System”, Photonic Applications in Biosensing and Imaging, Eds. Chan, Yu, Krull, Hornsey, Wilson, SPIE annual meeting, vol. 5969, ISBN 081945988-7, Sept. 2005 [0004]
- P. Sen et al., ”Dual Photography”, ACM Trans. Graph. 24, 3, S. 745–755 [0032]

Claims

Beleuchtungsvorrichtung (1) für ein optisches Instrument zur Beleuchtung eines mit dem optischen Instrument abzubildenden Objektes (8), mit einer digitalen Lichtprojektionseinheit (2), deren Beleuchtungscharakteristik räumlich und/oder zeitlich modulierbar ist, und mit einer Steuereinheit (3) zur Modulierung der Beleuchtungscharakteristik der Lichtprojektionseinheit (2), dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungsvorrichtung (1) eine an die Steuereinheit (3) gekoppelte Kamera (4) aufweist, mittels derer Bilddaten des Objektes (8) erfassbar sind, und dass die Beleuchtungscharakteristik der Lichtprojektionseinheit (2) mittels der Steuereinheit (3) anhand der Bilddaten regelbar ist.
Beleuchtungsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtprojektionseinheit (2) ein Low-Dynamic-Range- oder ein High-Dynamic-Range-Projektionssystem ist.
Beleuchtungsvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kamera (4) in einem Strahlengang von der Lichtprojektionseinheit (2) ausgesendeten Lichts (12) derart angeordnet ist, dass sie von dem Objekt (8) reflektiertes Licht (13) empfängt.
Beleuchtungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kamera (4) in einem Strahlengang von der Lichtprojektionseinheit (2) ausgesendeten Lichts (12) derart angeordnet ist, dass sie durch das Objekt (8) transmittiertes Licht (14) empfängt.
Verfahren zur Beleuchtung eines mit einem optischen Instrument abzubildenden Objektes (8) mittels einer Beleuchtungsvorrichtung (1) mit einer digitalen Lichtprojektionseinheit (2), deren Beleuchtungscharakteristik räumlich und/oder zeitlich modulierbar ist, und mit einer Steuereinheit (3) zur Modulierung der Beleuchtungscharakteristik der Lichtprojektionseinheit (2), dadurch gekennzeichnet, dass Bilddaten des Objektes (8) mittels einer an die Steuereinheit (3) gekoppelten Kamera (4) erfasst werden und dass die Beleuchtungscharakteristik der Lichtprojektionseinheit (2) mittels der Steuereinheit (3) anhand dieser Bilddaten geregelt wird.
Verfahren nach Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass von der Steuereinheit (3) aus den von der Kamera (4) erfassten Bilddaten wenigstens ein Bildparameter zur Analyse der Abbildung des Objektes (8) ermittelt und als Regelgröße zur Regelung der Beleuchtungscharakteristik der Lichtprojektionseinheit (2) verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass Kontrastwerte als Bildparameter der Bilddaten ermittelt werden.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass Kontrastwerte lokaler Kontraste als Bildparameter der Bilddaten ermittelt werden und in als kontrastarm erkannten Teilbereichen (8.1, 8.2, 8.3) des Objektes (8) Kontraste durch die Regelung der Beleuchtungscharakteristik der Lichtprojektionseinheit (2) lokal erhöht werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass Bildparameter zur Erkennung von durch Lichtreflexion an dem Objekt (8) erzeugten Glanzlichtern ermittelt werden und erkannten Glanzlichtern durch die Regelung der Beleuchtungscharakteristik der Lichtprojektionseinheit (2) entgegengewirkt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass Bildparameter zur Erkennung von Volumenstreuungen von von der Lichtprojektionseinheit (2) ausgesendetem Licht (12) ermittelt werden und erkannten Volumenstreuungen durch die Regelung der Beleuchtungscharakteristik der Lichtprojektionseinheit (2) entgegengewirkt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass Bildparameter zur Auswahl wenigstens eines Bildsegmentes der Abbildung des Objektes (8) ermittelt werden.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Regelung der Beleuchtungscharakteristik der Lichtprojektionseinheit (2) wenigstens ein einem ermittelten Bildsegment entsprechender Teilbereich (8.1, 8.2, 8.3) des Objektes (8) durch eine lokale Änderung der Beleuchtungsstärke und/oder Beleuchtungsfarbe hervorgehoben oder ausgeblendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuereinheit (3) zugeführte und/oder von der Steuereinheit (3) aus den Bilddaten ermittelte Zusatzinformationen mittels der Lichtprojektionseinheit (2) auf das Objekt (8) und/oder in seine Umgebung projiziert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Kamera (4) in einen Strahlengang von der Lichtprojektionseinheit (2) ausgesendeten Lichts (12) derart angeordnet wird, dass sie von dem Objekt (8) reflektiertes Licht (13) empfängt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Kamera (4) in einen Strahlengang von der Lichtprojektionseinheit (2) ausgesendeten Lichts (12) derart angeordnet wird, dass sie durch das Objekt (8) transmittiertes Licht (14) empfängt.