DE102008064573B3

DE102008064573B3 - Optisches Beobachtungssystem, drahtlose Übertragungsvorrichtung und Verfahren zum drahtlosen Übertragen von elektronischen Bildern

Info

Publication number: DE102008064573B3
Application number: DE102008064573A
Authority: DE
Inventors: Christoph Hauger
Original assignee: Carl Zeiss Surgical GmbH
Current assignee: Carl Zeiss Surgical GmbH
Priority date: 2008-12-30
Filing date: 2008-12-30
Publication date: 2010-08-12
Anticipated expiration: 2028-12-31

Abstract

Es wird ein optisches Beobachtungssystem zur Verfügung gestellt, welches umfasst: - ein optisches Beobachtungsgerät (1) mit wenigstens einer das zu beobachtende Objekt (25) beleuchtenden Lichtquelle (19), und mit wenigstens einer elektronischen Bilderfassungseinheit (3) zum Erfassen von elektronischen Bildern des zu beobachtenden Objekts (25), - wenigstens eine vom optischen Beobachtungsgerät (1) entfernt angeordnete elektronische Verwertungseinheit (35) zum Verwerten der von der Bilderfassungseinheit (3) erfassten elektronischen Bilder, und - eine drahtlose Übertragungsvorrichtung zum Übertragen der von der Bilderfassungseinheit (3) erfassten elektronischen Bilder an die Verwertungseinheit (35). Die drahtlose Übertragungsvorrichtung umfasst: - einen zum Modulieren des von der Lichtquelle (19) ausgesandten Lichtes auf die wenigstens eine Lichtquelle (19) oder auf das Licht einwirkenden Modulator (27), welcher mit der elektronischen Bilderfassungseinheit (3) zum Empfang der elektronischen Bilder verbunden ist und der dazu ausgelegt ist, die elektronischen Bilder in eine Modulation des Lichtes umzusetzen, - einen mit der Verwertungseinheit (35) verbundenen optischen Empfänger (31), der von dem optischen Beobachtungsgerät (1) entfernt derart angeordnet ist, dass er das modulierte Licht empfangen kann, und der empfangenes moduliertes Licht in ein moduliertes elektrisches Signal umwandelt, und - einen mit dem optischen Empfänger (31) zum Empfang des modulierten ...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein optisches Beobachtungssystem, beispielsweise ein Mikroskop und insbesondere ein Operationsmikroskop, sowie eine drahtlose Übertragungsvorrichtung für ein derartiges Gerät. Daneben betrifft die Erfindung ein Verfahren zum drahtlosen Übertragen von Bilddaten, die mit einem optischen Beobachtungsgerät aufgenommen werden.
In zahlreichen optischen Beobachtungsgeräten, wie etwa Mikroskopen, werden heute Kameras für Dokumentationszwecke eingesetzt. Bei medizinisch-optischen Beobachtungsgeräten, bspw. bei Operationsmikroskopen oder Endoskopen, erfolgt ein Einsatz von Kameras auch zu Diagnosezwecken. Daneben gibt es digitale Mikroskope, bei denen die Bilder nicht mehr durch einen optischen Kanal an den Betrachter übertragen werden, sondern durch einen elektronischen Kanal. Der Betrachter sieht dann die Bilder mittels einer speziell dafür eingerichteten Anzeigeeinheit, beispielsweise einem digitalen Einblick oder einem Head-Mounted-Display. Alternativ kann das Bild natürlich auch an einem gewöhnlichen Bildschirm betrachtet werden.
In Zukunft ist damit zu rechnen, dass vermehrt rein digitale Mikroskope, in denen die Bilder elektronisch zum Betrachter übermittelt werden, zum Einsatz kommen. In solchen digitalen Systemen wird die Anzahl der Kameras zunehmen, insbesondere im Falle der Stereoskopie und/oder im Falle vermehrter Diagnoseapplikationen bei medizinisch-optischen Beobachtungsgeräten. Außerdem ist damit zu rechnen, dass in Zukunft die Auflösung der Kameras – und damit einhergehend die Datenraten der Videosignale – stark zunehmen wird. Trotz allem sollen digitale optische Beobachtungsgeräte, insbesondere digitale Operationsmikroskope, klein, kompakt, und leicht beweglich sein sowie möglichst wenige Kabel aufweisen. Dies alles führt dazu, dass die Übertragung der Bildinformationen von elektronischen Bildern über Kabel an Grenzen stößt und ein wachsender Bedarf an einer geeigneten drahtlosen Übertragung der Bildinformationen besteht.
Ein Operationsmikroskop mit einer drahtlosen Übertragung aufgenommener Bilder ist beispielsweise in US 2005/0057800 A1 beschrieben. Mit dem Operationsmikroskop aufgenommene Bilddaten werden drahtlos gemäß Bluetooth-Standard, IEEE 802.11b Standard oder gemäß Hyper LAN Standard übertragen. Insbesondere in der Medizintechnik ist es aber von hoher Bedeutung, dass andere Geräte durch die Funkwellenübertragung nicht gestört werden. Diese Problematik nimmt mit steigender Anzahl an Sendeeinheiten zu.
Im Bereich der Kommunikationstechnik wird an einer Datenübertragung mittels sichtbaren Lichtes gearbeitet. So ist beispielsweise in EP 1 912 354 A1 eine Vorrichtung zur Datenübertragung beschrieben, in der gepulstes sichtbares Licht zur Datenübertragung verwendet wird, wobei die Phase der Pulse die zu übertragenden Daten übermittelt. Eine weitere Vorrichtung zum Übertragen von Daten mittels sichtbaren Lichtes ist in US 2007/0058987 A1 beschrieben. In dieser Vorrichtung sind eine rote, eine grüne und eine blaue LED vorhanden, denen jeweils 1-Bit-Informationen zugeordnet werden. Das aus der Überlagerung des roten, grünen und blauen Lichtes entstehende Licht enthält dann 3-Bit-Modulationsdaten.
Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Datenübertragung mittels pulsweitenmodulierten sichtbaren Lichtes ist in US 2007/0024571 A1 beschrieben. Bei dem in diesem Dokument beschriebenen Verfahren wird die Intensität der Lichtpulse einer Displaybeleuchtung moduliert.
Mögliche Anwendungen der Datenübertragung mit sichtbarem Licht statt mit Funkwellen sind in den folgenden Dokumenten beschrieben:
Wolfgang Hascher, „Datentransport mit Licht statt mit Funkwellen”, http://www.elektroniknet.de/home/kommunikation/news/n/d/datentransport-mit-licht-statt-mit-funkwellen, 16. Mai 2008;
„Licht-LAN statt Funk-LAN”, http://www.golem.de/0805/59761.html, vom 16. Mai 2008;
Milon Gupta „Heimnetze: Gigabit-Geschwindigkeit ohne Kabelsalat”, Pressemitteilung des Informationsdienstes Wissenschaft vom 21. Januar 2008, Online-Veröffentlichung unter der URL http://idw-online.de/pages/en/news243637 und
Nikola Wohllaib „Nahtlose Kommunikation – Vernetztes Zuhause” in Pictures of the Future, Herbst 2007, Online-Veröffentlichung unter der URL http://w1.siemens.com/innovation/de/publikationen/zeitschriften_pictures_of_the_future/pof_herbst_2007/nahtlose_kommunikation/vernetztes_zuhause_smart_home.html.
Bouchet, Olivier et al.: Hybrid Wireless Optics (HWO): Building the Next-Generation Home Network. 6th International Symposium an Communication Systems, Networks and Digital Signal Processing, CSNDSP'08, 25-25 July 2008. Conference Proceedings, ISBN 978-1-4244-1875-6, pp. 283-287 beschreibt Gigabit Netzwerke (HANs, Home Access Networks) mit drahtloser optischer Datenübertragung.
WO 2008/063565 A2 beschreibt ein Endoskopsystem mit einer drahtlosen Datenverbindung zwischen einem Kamerakopf und dem Endoskop.
Die US 2005/0129410 A1 beschreibt ein optisches Kommunikationssystem für Fahrzeuge, bei dem Videodaten über optische Transmitter übertragen werden.
Die US 2007/0268366 A1 beschreibt ein System und ein Verfahren zum Erfassen geometrischer und photometrischer Attribute einer Szene. Dabei werden optische Signale räumlich moduliert und von einer Anzahl räumlich verteilter Sensoren detektiert. Diese konvertieren die detektierten räumlich modulierten Signale in ein entsprechende elektronische Signale, welche dann analysiert werden können, um geometrische Gegebenheiten am Ort der Szene zu ermitteln.
US 2006/0289654 A1 beschreibt ein Verfahren und ein System zum Verbinden eines drahtlosen Handscanners mit einer Basiseinheit, oder anderen drahtlosen Vorrichtungen. Die drahtlose Kommunikation kann beispielsweise unter Zuhilfenahme eines optischen Kommunikationssystems erfolgen, beispielsweise eines sogenannten Free-Space Infrarotsystems.
Gegenüber dem genannten Stand der Technik ist es eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein vorteilhaftes optisches Beobachtungssystem mit einer drahtlosen Übertragungsvorrichtung zur Überragung elektronischer Bilder zur Verfügung zu stellen. Eine zweite Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine vorteilhafte drahtlose Übertragungsvorrichtung für optische Beobachtungsgeräte zur Verfügung zu stellen. Eine dritte Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein vorteilhaftes Verfahren zur drahtlosen Übertragung von elektronischen Bilddaten eines optischen Beobachtungsgerätes zur Verfügung zu stellen.
Die erste Aufgabe wird durch ein optisches Beobachtungssystem nach Anspruch 1 gelöst, die zweite Aufgabe durch eine drahtlose Übertragungsvorrichtung nach Anspruch 11 und die dritte Aufgabe durch ein Verfahren zur drahtlosen Übertragung von elektronischen Bildern nach Anspruch 14. Die abhängigen Ansprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
Ein erfindungsgemäßes optisches Beobachtungssystem, das insbesondere ein medizinisch optisches Beobachtungssystem wie etwa ein Operationsmikroskop sein kann, umfasst ein optisches Beobachtungsgerät mit wenigstens einer das zu beobachtende Objekt beleuchtenden Lichtquelle und mit wenigstens einer elektronischen Bilderfassungseinheit zum Erfassen von elektronischen Bildern des zu beobachtenden Objektes. Hierbei soll der Begriff Lichtquelle nicht nur im sichtbaren Licht emittierende Lichtquellen, sondern auch Infrarotlichtquellen und UV-Lichtquellen einschließen. Die Bilderfassungseinheit kann beispielsweise ein Kamerachip sein. Außerdem umfasst das optische Beobachtungssystem wenigstens eine vom optischen Beobachtungsgerät entfernt angeordnete elektronische Verwertungseinheit zum Verwerten der elektronischen Bilder. Als Verwertungseinheit kann insbesondere eine Anzeigeeinheit zum Anzeigen elektronischer Bilder, etwa ein elektronischer Einblick mit beispielsweise einem LCD-Display, ein Head-Mounted-Display, etc., vorhanden sein. Aber auch andere Arten von Verwertungseinheiten, etwa eine elektronische Aufzeichnungseinheit zum Aufzeichnen der von der Bilderfassungseinheit erfassten elektronischen Bilder, eine Auswerteeinheit zum Auswerten der elektronischen Bilder oder eine Weiterleitungseinheit zum Weiterleiten der elektronischen Bilder über andere Übertragungskanäle kommen in Betracht. Weiterhin umfasst das erfindungsgemäße optische Beobachtungssystem eine drahtlose Übertragungsvorrichtung zum Übertragen der von der Bilderfassungseinheit erfassten elektronischen Bilder an die Verwertungseinheit. Insbesondere kann es sich bei dem optischen Beobachtungsgerät des optischen Beobachtungssystems um ein Stereomikroskop handeln, also um ein optisches Beobachtungsgerät, das zwei stereoskopische Teilbilder aufnimmt. Als Verwertungseinheit ist dann wenigstens eine zum Anzeigen der beiden stereoskopischen Teilbilder geeignete Anzeigeneinheit, etwa in Form eines elektronischen 3D Einblicks mit zwei Displays, vorhanden. Neben medizinisch optischen Beobachtungsgeräten kommen aber auch nicht medizinische Beobachtungsgeräte, beispielsweise Mikroskope in nicht medizinischen Bereichen als erfindungsgemäße optische Beobachtungsgeräte in Frage.
Im erfindungsgemäßen optischen Beobachtungssystem umfasst die drahtlose Übertragungsvorrichtung einen Modulator, der zum Modulieren des von der Lichtquelle ausgesendeten Lichtes auf die wenigstens eine Lichtquelle oder auf das emittierte Licht einwirkt. Der Modulator ist zum Empfang der elektronischen Bilder mit der elektronischen Bilderfassungseinheit verbunden und dazu ausgelegt, die elektronischen Bilder in eine Modulation des Lichtes umzusetzen.
Mit der Verwertungseinheit ist ein optischer Empfänger verbunden, der von dem optischen Beobachtungsgerät entfernt angeordnet ist. Der optische Empfänger ist dabei so angeordnet, dass er das modulierte Licht empfangen kann, insbesondere bspw. nachdem es vom Objekt reflektiert worden ist. Er ist außerdem dazu ausgestaltet, empfangenes moduliertes Licht in ein moduliertes elektrisches Signal umzuwandeln. Insbesondere kann der optische Empfänger an oder in der Verwertungseinheit angeordnet sein. Als optische Empfänger eignen sich photoelektrische Konverter wie beispielsweise Photodioden. Mit dem optischen Empfänger ist zum Empfang des modulierten elektrischen Signals ein Demodulator verbunden, der darüber hinaus mit der Verwertungseinheit verbunden ist. Der Demodulator, der insbesondere an oder in der Verwertungseinheit angeordnet sein kann, ist dazu ausgelegt, die Modulation des elektrischen Signals in für die Verwertungseinheit zum Anzeigen und/oder Aufzeichnen und/oder Auswerten, etc. der elektronischen Bilder verwertbare elektrische Signale umzuwandeln.
Das erfindungsgemäße optische Beobachtungssystem ermöglicht eine Übertragung der Bilddaten an eine Verwertungseinheit, insbesondere an eine Anzeigeeinheit und/oder eine Aufzeichnungseinheit und/oder eine Auswerteeinheit und/oder eine Weiterleitungseinheit, unter Verwendung des Beleuchtungslichtes als Übertragungskanal. Die kabelgebundene Übertragung von Videosignalen kann daher ebenso wie die Übertragung mittels Funktechnik durch einen Datentransport über das Beleuchtungslicht des optischen Beobachtungsgerätes ersetzt werden. Insbesondere im medizintechnischen Bereich können so Störungen anderer Geräte durch eine Funkübertragung der Bilddaten vermieden werden. Die Modulation der Lichtquelle bzw. des von der Lichtquelle ausgesandten Lichtes kann hierbei mit einer so hohen Frequenz durchgeführt werden, dass die Modulation für das menschliche Auge und die Kamerachips nicht wahrnehmbar ist, so dass Störungen, wie beispielsweise ein wahrnehmbares Flackern im Objektfeld nicht auftreten. Weiterhin sind etwa elektronische 3D-Einblicke in der Regel so angeordnet, dass zumindest ein Teil des beleuchteten Objektfeldes vom Einblick aus einsehbar ist. Dies gilt insbesondere im Fall von Operationsmikroskopen, bei denen die Anordnung des Einblicks so sein muss, dass der Arzt die Operation ausführen kann. Mittels eines an einer solchen Anzeigeeinheit angeordneten photoelektrischen Wandlers lässt sich also das modulierte Beleuchtungslicht in einfacher Weise detektieren. Falls die Verwertungseinheit so angeordnet ist, dass das beleuchtete Objektfeld nicht wenigstens zum Teil einsehbar ist, kann der photoelektrische Wandler auch entfernt von der Verwertungseinheit angeordnet sein. Da Verwertungseinheiten, von denen aus das beleuchtete Objektfeld nicht einsehbar ist, in der Regel in größerer Entfernung von dem optischen Beobachtungsgerät angeordnet sind, kann der photoelektrische Wandler in diesem Fall über Kabel mit der Verwertungseinheit verbunden sein, ohne dass diese in der unmittelbaren Umgebung des optischen Beobachtungsgerätes stören würde.
Im erfindungsgemäßen optischen Beobachtungssystem kann die wenigstens eine das zu beobachtende Objekt beleuchtende Lichtquelle eine Weißlichtquelle sein, bspw. eine weiße LED. Alternativ kann die Weißlichtquelle auch wenigstens drei in unterschiedlichen Wellenlängenbereichen emittierende LEDs, bspw. eine rot emittierende, eine grün emittierende und eine blau emittierende LED, umfassen. Die Wellenlängenbereiche der wenigstens drei LEDs sind dann so aufeinander abgestimmt, dass ihre Überlagerung weißes Licht ergibt. Mit anderen Worten, die Lichtquelle, deren Licht moduliert wird, kann insbesondere durch die eigentliche Objektbeleuchtungslichtquelle realisiert sein. Im Vergleich zu einer Lichtquelle, die zusätzlich zum eigentlichen Beleuchtungslicht das Objekt beleuchtet und die ausschließlich zum Übertragen der Bilddaten Verwendung findet, ermöglicht die Verwendung einer Weißlichtquelle, das gesamte Beleuchtungslicht und damit die gesamte Beleuchtungsintensität zur Übertragung zu verwenden. Auf diese Weise lässt sich ein gutes Signal zum Rauschverhältnis erzielen. Im Falle einer aus mehreren farbigen Lichtquellen zusammengesetzten Weißlichtquelle besteht außerdem die Möglichkeit, jede der farbigen Lichtquellen getrennt zur Datenübertragung zu verwenden, so dass die Bandbreite um die Zahl der verwendeten farbigen Lichtquellen erhöht wird. In diesem Fall ist jeder der wenigstens drei farbigen Lichtquellen ein eigener Modulator, d. h. ein getrennt von den anderen Modulatoren steuerbarer Modulator, zugeordnet, der zum Modulieren des von der jeweils Lichtquelle ausgesandten Lichtes auf die entsprechende Lichtquelle oder auf das Licht dieser Lichtquelle einwirkt. Ein solcher Modulator kann durch gegenständlich voneinander getrennte Modulatoren oder durch einen gemeinsamen Modulator mit funktional getrennten Modulationsuntereinheiten realisiert sein. Außerdem ist für jeden Wellenlängenbereich ein eigener Detektor vorhanden, der von dem optischen Beobachtungsgerät entfernt, derart angeordnet ist, dass er das modulierte Licht im entsprechenden Wellenlängenbereich empfangen kann und der dazu ausgelegt ist, das entsprechende modulierte Licht in für die Verwertungseinheit beispielsweise zum Anzeigen bzw. Aufzeichnen der elektronischen Bilder verwertbare elektronische Signale umzuwandeln. Auch die Detektoren können als gegenständlich voneinander getrennte Detektoren oder als funktional getrennte Detektionsuntereinheiten eines einzigen Detektors realisiert sein.
Statt des Modulierens der Weißlichtquelle eines optischen Beobachtungsgerätes ist es auch möglich, eine Lichtquelle zu verwenden, die im infraroten oder ultravioletten Wellenlängenbereich emittiert. Derartige Lichtquellen kommen beispielsweise zu Diagnosezwecken zum Einsatz, etwa um Fluoreszenz bestimmter Gewerbebereiche anzuregen. Insbesondere kann eine IR-Lichtquelle und/oder eine UV-Lichtquelle zusätzlich zu der die eigentliche Objektbeleuchtung übernehmenden Weißlichtquelle vorhanden sein. Wenn der photoelektrische Konverter eine entsprechende Empfindlichkeit im infraroten oder ultravioletten Wellenlängenbereich aufweist, können die Daten über die infrarote bzw. ultraviolette Beleuchtung des Objektes übertragen werden, ohne dass das Weißlicht ein störendes Hintergrundsignal im detektierten Wellenlängenbereich darstellt. Bei Verwendung der infraroten bzw. ultravioletten Lichtquelle kann zudem die Datenübertragung vollständig von der visuellen Objektbeleuchtung entkoppelt werden, so dass die Intensität des Übertragungssignals frei einstellbar ist, ohne die visuelle Beobachtung zu beeinflussen.
Als Modulator kann im optischen Beobachtungssystem bspw. ein auf die Strom- oder Spannungsversorgung der wenigstens einen Lichtquelle einwirkendes Element Verwendung finden. Die Modulation kann so der Strom- bzw. Spannungsversorgung aufgeprägt werden. Die Modulation ist dann bereits beim Emittieren des Lichtes vorhanden. Beispielsweise erfolgt die Helligkeitssteuerung von LEDs häufig über eine Pulsweitenmodulation, in der im Wechsel hohe und niedrige Spannungspegel an die LED angelegt werden. Diese sind so gewählt, dass die LED nur dann leuchtet, wenn ein hoher Spannungspegel anliegt. Eine so gesteuerte LED sendet also nicht kontinuierlich Licht aus, sondern in Pulsen. Die Pulse folgen in einer derart raschen Folge, dass sie vom menschlichen Auge nicht aufzulösen sind. Je nachdem, wie lange in einem vorgegebenen Zeitintervall ein hoher Puls anliegt, erscheint das von der LED ausgesandte Licht hell oder dunkel. Je größer der Anteil der Dauer eines hohen Pulses am vorgegebenen Zeitintervall ist, desto heller erscheint die LED. Die Modulation des Lichtes zum Übertragen der Bilddaten kann nun beispielsweise durch eine geeignete Modulation der im Rahmen der Helligkeitssteuerung angelegten Spannungspulse erfolgen.
Alternativ zu einer direkten Einwirkung auf die Lichtquelle ist es auch möglich, eine Modulation des Lichtes nach dem Emissionsprozess vorzunehmen. Beispielsweise kann der Modulator ein steuerbares, das Licht der wenigstens einen Lichtquelle temporär ausblendendes, modifizierendes oder ablenkendes Element sein. Hierbei eignen sich beispielsweise steuerbare Shutter, wie etwa LCD-Shutter, elektronisch steuerbare Polarisatoren oder elektronisch steuerbare Spiegel, wie beispielsweise Galvanometerspiegel. Mittels eines Shutters kann kontinuierlich ausgesendetes Licht temporär ausgeblendet werden, so dass Lichtpulse entstehen. Entsprechendes ist durch geeignete Ablenkung des Lichtes derart, dass es das Objekt nicht erreicht, möglich.
In einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen optischen Beobachtungssystems weist das optische Beobachtungsgerät einen optischen Empfänger, beispielsweise eine Photodiode oder einen anderen geeigneten photoelektrischen Wandler, sowie einen Demodulator zum Demodulieren von empfangenem moduliertem Fremdlicht auf. Diese Ausgestaltung ermöglicht das optische Übertragen von Steuerdaten an das optische Beobachtungsgerät. Insbesondere kann das zum Übertragen der Steuerdaten verwendete Fremdlicht hierbei eine Wellenlängenverteilung aufweisen, auf die der der Verwertungseinheit zugeordnete Empfänger unempfindlich ist, so dass die Bilddatenübertragung nicht gestört wird. Denkbar wäre beispielsweise eine Übertragung der Steuerdaten im infraroten oder ultravioletten Wellenlängenbereich, wenn die Übertragung der Bilddaten im sichtbaren Wellenlängenbereich erfolgt.
Erfindungsgemäß wird auch eine drahtlose Übertragungsvorrichtung für ein optisches Beobachtungsgerät, welches wenigstens eine Lichtquelle, die das Beleuchten eines zu beobachtenden Objektes mit Beleuchtungslicht ermöglicht, und eine elektronische Bilderfassungseinheit zum Erfassen von elektronischen Bildern des zu beobachtenden Objektes umfasst, zur Verfügung gestellt. Das optische Beobachtungsgerät kann hierbei insbesondere ein Mikroskop, beispielsweise ein Operationsmikroskop, sein. Als Beleuchtungslicht kommt sichtbares Licht, aber auch UV- oder IR-Strahlung in Betracht.
Die erfindungsgemäße drahtlose Übertragungsvorrichtung umfasst einen Modulator zum Modulieren des Beleuchtungslichtes, welcher mit der elektronischen Bilderfassungseinheit des optischen Beobachtungsgeräts zum Empfang der elektronischen Bilder verbindbar ist und der dazu ausgelegt ist, die elektronischen Bilder in eine Modulation des Beleuchtungslichtes zu übertragen. Die Modulation kann hierbei entweder durch Einwirken auf die Lichtquelle selbst oder auf das von der Lichtquelle emittierte Beleuchtungslicht erfolgen, wie dies bereits zuvor mit Bezug auf das erfindungsgemäße optische Beobachtungssystem erläutert worden ist. Außerdem umfasst die erfindungsgemäße drahtlose Übertragungsvorrichtung wenigstens einen optischen Empfänger, der das modulierte Licht empfangen kann und der empfangenes moduliertes Licht in ein moduliertes elektrisches Signal umwandelt. Weiterhin umfasst die drahtlose Übertragungsvorrichtung wenigstens einen mit dem optischen Empfänger zum Empfangen des modulierten elektrischen Signals verbundenen oder verbindbaren Demodulator, der außerdem mit einer elektronischen Verwertungseinheit, etwa einer Anzeigeeinheit oder einer elektronischen Aufzeichnungseinheit, etc., verbindbar ist und der modulierte elektrische Signale in elektrische Signale umwandelt, die von der Verwertungseinheit verwertbar sind beispielsweise zum Anzeigen bzw. Aufzeichnen der elektronischen Bilder. Die Eigenschaften und Vorteile eines derartigen drahtlosen Übertragungskanals sind bereits mit Bezug auf das erfindungsgemäße optische Beobachtungssystem erläutert worden und werden daher an dieser Stelle nicht noch einmal beschrieben, um Wiederholungen zu vermeiden.
Daneben wird gemäß der Erfindung ein Verfahren zum drahtlosen Übertragen von elektronischen Bildern, die mit einem optischen Beobachtungsgerät gewonnen wurden, zur Verfügung gestellt. Das optische Beobachtungsgerät umfasst hierbei wenigstens eine Lichtquelle zum Beleuchten eines zu beobachtenden Objektes mit Beleuchtungslicht sowie wenigstens eine elektronische Bilderfassungseinheit. Mit der elektronischen Bilderfassungseinheit des optischen Beobachtungsgerätes aufgenommene Bilder werden an eine von dem optischen Beobachtungsgerät entfernt angeordnete elektronische Verwertungseinheit, etwa eine elektronische Anzeigeeinheit, eine elektronische Aufzeichnungseinheit oder eine elektronische Auswerteeinheit gesendet. Das elektronische Bild repräsentierende Bilddaten werden hierbei dem Beleuchtungslicht als Modulation aufgeprägt, wobei die Modulation als Amplitudenmodulation, als Phasenmodulation oder als Frequenzmodulation ausgeprägt sein kann. Die Bilddaten werden zusammen mit dem Beleuchtungslicht an die elektronische Verwertungseinheit übertragen. Vor dem Verwerten wird die dem Beleuchtungslicht aufgeprägte Modulation in das elektronische Bild repräsentierende Bilddaten rückgewandelt.
Die Verwendung des Beleuchtungslichtes als Übertragungskanal in einem optischen Beobachtungsgerät ermöglicht das drahtlose Übertragen ohne auf Funkfrequenzen rückgreifen zu müssen, die unter Umständen andere Geräte stören können.
Das an die elektronische Verwertungseinheit übertragene Beleuchtungslicht kann zuvor insbesondere von dem beleuchteten Objekt reflektiert worden sein. Diese Ausgestaltung ist vorteilhaft, da das beleuchtete Objekt vom photoelektrischen Wandler aus häufig gut einsehbar ist, etwa im Falle von Operationsmikroskopen.
Wenn die Intensität des Beleuchtungslichtes derart durch Pulsweitenmodulation eingestellt wird, dass in einem vorgegebenen Zeitintervall über eine definierte Zeitdauer ein hoher Intensitätspegel und sonst ein niedriger Intensitätspegel vorliegt, gibt es mehrere Möglichkeiten, die Modulation des Beleuchtungslichtes vorzunehmen. Eine Möglichkeit besteht darin, eine Modulation der Intensität des hohen Intensitätspegels vorzunehmen, wobei die Modulation insbesondere so erfolgen kann, dass die mittlere Intensität eines modulierten hohen Intensitätspegels der mittleren Intensität eines unmodulierten hohen Intensitätspegels entspricht. Bei dieser Art der Modulation sind die Bildinformationen in der Amplitude des hohen Intensitätspegels enthalten. Eine weitere Möglichkeit ist es, die Modulation des Beleuchtungslichtes durch die zeitliche Lage des hohen Intensitätspegels innerhalb des vorgegebenen Zeitintervalls vorzunehmen. Diese Art der Modulation kann als eine Phasenmodulation angesehen werden. Eine Möglichkeit zum konkreten Realisieren einer derartigen Modulation ist beispielsweise in EP 1 912 354 A1 beschrieben. Auf dieses Dokument wird hinsichtlich des Modulationsverfahrens Bezug genommen. Eine dritte Möglichkeit, die Modulation vorzunehmen, besteht darin, die definierte Zeitdauer, über die der hohe Intensitätspegel vorliegt, auf eine Anzahl kürzerer Pulse innerhalb des Zeitintervalls zu verteilen. Mit anderen Worten, die Frequenz der hohen Intensitätspulse wird im Rahmen der Modulation verändert, so dass diese Art der Modulation als eine Frequenzmodulation angesehen werden kann.
Weitere Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren.
1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes optisches Beobachtungssystem in einer schematischen Darstellung.
2 zeigt mögliche Modulationsverfahren für das Modulieren des zur Datenübertragung verwendeten Lichtes.
3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes optisches Beobachtungssystem in einer schematischen Darstellung.
4 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes optisches Beobachtungssystem in einer schematischen Darstellung.
5 und 6 zeigen ein viertes Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes optisches Beobachtungssystem in einer schematischen Darstellung.
Mit Bezug auf 1 wird nachfolgend ein digitales Operationsmikroskopsystem als erstes Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes optisches Beobachtungssystem beschrieben. Das digitale Operationsmikroskopsystem umfasst einen Mikroskopgrundkörper 1 mit einem optischen System, welches zwei stereoskopische Teilbilder auf zwei Kamerachips 3A, 3B abbildet. Der Mikroskopgrundkörper 1 stellt hierbei das eigentliche optische Beobachtungsgerät dar.
Das optische System des Grundkörpers 1 umfasst neben einem Objektivlinsensystem 5 einen Vergrößerungswechsler 7 sowie weitere Linsen 9A, 9B zum Abbilden des beobachteten Objekts auf die Kamerachips 3A, 3B. Die Kamerachips können beispielsweise LCD-Sensoren oder CMOS-Sensoren beinhalten. Außerdem können sie statt fest in den Grundkörper 1 integriert zu sein, auch Teil von in Okularstützen eines rein optischen Grundkörpers 1 einzusetzenden digitalen Okularen sein.
Der Vergrößerungswechsler 7 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel als stufenlos verstellbares Zoomsystem ausgebildet, in dem in jedem Strahlengang zwei gegeneinander axial verschiebbare Linsensysteme 13, 15 vorhanden sind. Alternativ kann der Vergrößerungswechsler 7 auch als stufiger Vergrößerungswechsler ausgebildet sein. In einem solchen sind für jeden Teilstrahlengang mehrere Gruppen von Linsenkombinationen vorhanden, die wechselweise zum Einstellen einer bestimmten Vergrößerung in den Strahlengang eingebracht werden können.
Neben den beschriebenen optischen Komponenten enthält der Grundkörper 1 auch elektronische Komponenten für eine kabellose Übertragung der aufgenommenen Bilder sowie zum Einstellen der Mikroskopparameter. Die drahtlose Datenübertragung der aufgenommenen Bilder an einen digitalen 3D-Einblick 17, der im vorliegenden Ausführungsbeispiel einem Binokulartubus 17 nachgebildet ist und eine elektronische Verwertungseinheit des Ausführungsbeispiels darstellt, erfolgt mittels des Objektbeleuchtungssystems des Grundkörpers 1. Das Objektbeleuchtungssystem umfasst eine Weißlicht-LED 19 als Lichtquelle, sowie einen mit der LED 19 verbundenen einstellbaren Pulsweitenmodulator 21, mit dem die Helligkeit der LED 19 eingestellt werden kann. Mit Hilfe eines Kondensorlinsensystems 23 wird das Licht der Weißlicht-LED so auf das zu beobachtende Objekt 25 projiziert, dass dieses gleichmäßig ausgeleuchtet ist.
Die Weißlicht-LED 19 wird gepulst betrieben, wobei sich Pulse mit hohen Spannungspegeln und solche mit niedrigen Spannungspegeln abwechseln. Der hohe Spannungspegel ist hierbei so gewählt, dass die LED 19 beim Anliegen der entsprechenden Spannung Licht aussendet. Der niedrige Spannungspegel ist hingegen so niedrig, dass er nicht zu einer Emission von Licht durch die Leuchtdiode 19 führt. Insbesondere kann der niedrige Spannungspegel auch null Volt betragen. Die Intensität der Beleuchtung wird dann über die Zeitdauer, über die in einem vorgegebenen Zeitintervall ein hoher Spannungspegel anliegt eingestellt. Je größer der Anteil des hohen Spannungspegels am Zeitintervall ist, desto intensiver erscheint für einen Betrachter das Beleuchtungslicht. Die maximale Helligkeit wird erreicht, wenn während des gesamten Zeitintervalls ein hoher Spannungspegel anliegt, die Beleuchtung ist ausgeschaltet, wenn während des gesamten Zeitintervalls ein niedriger Spannungspegel anliegt. Die Zeitintervalle sind hierbei so kurz gewählt, dass das menschliche Auge die Pulse nicht auflösen kann und die Beleuchtung daher als eine kontinuierliche Beleuchtung wahrnimmt.
Die elektronischen Komponenten des Grundkörpers 1 umfassen auch eine mit den Kamerachips 3A, 3B verbundene Modulationseinheit 27, welche die aufgenommenen Bilder repräsentierende elektronische Signale von den Kamerachips 3A, 3B empfängt und in ein Modulationssignal umwandelt. Die Modulationseinheit 27 ist außerdem mit einem Addierer 29 verbunden, an den sie das Modulationssignal ausgibt und der die Modulation den Pulsen mit hohem Spannungspegel aufaddiert. Damit die Modulation dem hohen Spannungspegel aufgeprägt werden kann, ist die Modulationseinheit 27 auch mit der Pulsweitenmodulationseinheit 21 zum Empfang eines Synchronisierungssignals verbunden. Das Synchronisierungssignal zeigt an, wann von der Pulsweitenmodulationseinheit 21 ein hoher Spannungspegel ausgegeben wird. Auf der Basis des Synchronisierungssignals kann die Modulationseinheit 27 das Modulationssignal genau dann ausgeben, wenn von der Pulsweitenmodulationseinheit 21 ein hoher Spannungspegel ausgegeben wird.
Das in dem in 1 dargestellte Ausführungsbeispiel zur Anwendung kommende Modulationsverfahren ist in 2 neben weiteren möglichen Modulationsverfahren schematisch dargestellt. Die Figur zeigt die Spannungsverläufe bei verschiedenen Modulationsverfahren als Funktion der Zeit, wobei sowohl die Spannung V, als auch die Zeit t in beliebigen Einheiten aufgetragen sind. Der mit I bezeichnete Spannungsverlauf stellt das unmodulierte Pulsweitenmodulationssignal für eine definierte Helligkeit der Weißlicht-LED 19 dar. Die der Publikationsmodulation zugrunde liegenden Zeitintervalle sind durch senkrechte Linien in 2 angedeutet.
Die in dem mit Bezug auf 1 beschriebenen Ausführungsbeispiel zur Anwendung kommende Modulationsmethode ist als Spannungsverlauf IV in 2 dargestellt. In dieser Methode wird dem über die Zeitspanne t_H anliegenden hohen Spannungspegel des Spannungsverlaufs I ein Modulationssignal aufgeprägt, welches den Spannungspegel temporär erhöht bzw. temporär vermindert. Das Modulationssignal ist dabei so gewählt, dass der mittlere Wert des hohen Spannungspegels (in Spannungsverlauf IV gestrichelt dargestellt) dem hohen Spannungspegel im Spannungsverlauf I entspricht. Der abgesenkte hohe Spannungspegel (Zeitdauer t_H2, t_H4, t_H7, t_H9) ist dabei immer noch hoch genug gewählt, um die Weißlicht-LED zum Leuchten anzuregen. Ein mit der Modulation ggf. verbundenes Flackern der Beleuchtungshelligkeit ist dabei noch hochfrequenter als das durch die Pulsweitenmodulation selbst hervorgerufene Flackern und die dabei auftretenden Intensitätsschwankungen sind geringer als die der Pulsweitenmodulation, so dass das menschliche Auge ebenso wie die Kamerachips 3A, 3B dieses Flackern nicht erkennen kann. Dieses Modulationsverfahren setzt voraus, dass die aufgrund der unterschiedlichen Spannungsniveaus während des hohen Spannungspegels auftretenden Intensitätsunterschiede der Beleuchtung mit einem geeigneten Detektor detektiert werden können.
Zwei weitere Modulationsverfahren, welche zu höheren Intensitätsunterschieden führen, sind in den Spannungsverläufen II und III dargestellt. Im Spannungsverlauf II steckt die Modulation in der zeitlichen Lage des hohen Spannungspegels. Für eine digitale Übertragung kann beispielsweise die in dem Spannungsverlauf I dargestellte Lage des hohen Spannungspulses innerhalb des Zeitintervalls eine Null repräsentieren, während die im Spannungsverlauf II dargestellte zeitliche Lage eine Eins repräsentiert. Selbstverständlich kann die Repräsentation von Nullen und Einsen auch umgekehrt sein, so dass der Spannungsverlauf I eine Eins und der Spannungsverlauf II eine Null repräsentiert. In diesem Modulationsverfahren können die zeitlichen Grenzen der Zeitintervalle Δt auch markiert werden, beispielsweise dadurch, dass diese durch einen kennzeichnenden Spannungspuls, der eine kennzeichnende Intensitätscharakteristik in der Beleuchtung auslöst, markiert werden. Dies könnte beispielsweise dadurch erreicht werden, dass an jeder Grenze eines Zeitintervalls Δt ein sehr kurzer hoher Spannungspegel ausgegeben wird, dem immer zwingend ein entsprechend kurzer niedriger Spannungspegel vorausgeht oder nachfolgt.
In dem Spannungsverlauf III dargestellten Modulationsverfahren erfolgt die Modulation dadurch, dass der im Spannungsverlauf I über eine Zeitdauer t_H anliegende hohe Spannungspegel auf mehrere kürzere Spannungspegel aufgeteilt wird. In dem dargestellten Spannungsverlauf ist der ursprüngliche hohe Spannungspegel vier hohe Spannungspegel aufgeteilt, die jeweils durch einen kurzen niedrigen Spannungspegel voneinander getrennt sind. Die vier hohen Spannungspegel weisen jeweils eine Zeitdauer t auf, die einem viertel der Zeitdauer t_H des Spannungsverlaufs I entspricht. Die zu übertragenden Bildinformationen können daher durch die Anzahl der hohen Spannungspulse innerhalb eines Zeitintervalls Δt kodiert werden. Im einfachsten Fall kann eine digitale Übertragung dadurch erfolgen, dass entweder ein einziger hoher Spannungspuls über eine Zeitdauer t_H anliegt, oder zwei hohe Spannungspulse über eine Zeitdauer ½ t_H.
Die mit Bezug auf die Spannungsverläufe II und III beschriebenen Modulationsverfahren werden dadurch realisiert, dass das Modulationssignal dem Pulsweitenmodulator 21 zugeführt wird, anstatt dass es mittels eines Addierers dem vom Pulsweitenmodulator ausgegebenen Spannungspegel aufaddiert wird. Der Pulsweitenmodulator stellt dann die hohen Spannungspegel entsprechend dem von der Modulationseinheit 27 ausgegebenen Modulationssignal ein.
Zum Empfang der Bilddaten weist der digitale 3D-Einblick 17 des in 1 dargestellten Operationsmikroskops einen Photodetektor 31 als einen optischen Empfänger auf. Zum Erhöhen der vom Photodetektor empfangenen Lichtintensität ist diesem eine optimale Sammellinse 32 vorgeschaltet, die das Licht auf den lichtempfindlichen Bereich des Detektors 31 bündelt. Weiterhin sind ein mit dem Photodetektor 31 verbundener Demodulator 33 und zwei mit dem Demodulator 33 verbundene Displays 35 vorhanden. Der 3D-Einblick ist in 1 in einer Seitenansicht gezeigt, so dass nur eines der beiden Displays 35 zu erkennen ist.
Der Photodetektor 31 empfängt vom Objekt 25 reflektiertes moduliertes Beleuchtungslicht und wandelt die Modulation des empfangenen Beleuchtungslichtes in modulierte elektrische Signale um. Diese werden an die Demodulationseinheit 33 weitergegeben, welche die Modulation der elektrischen Signale in Ansteuersignale für die Displays 35, die beispielsweise als LCD-Displays 35 ausgebildet sein können, umwandelt. Mittels wenigstens einer Linse 37 werden die auf dem LCD-Display 35 angezeigten Bilder nach unendlich abgebildet, so dass ein Betrachter die auf den Displays 35 angezeigten Bilder mit entspannten Augen betrachten kann. Für jeden Teilstrahlengang sind hierbei ein eigenes Display 35 und eine eigene Linse 37 vorhanden. Wie bei allen anderen in 1 dargestellten Linsen kann die Linse 37 auch eine Linsenkombination repräsentieren, beispielsweise, um eine Achromatlinse zu realisieren.
Neben dem digitalen 3D-Einblick 17 kann das in 1 dargestellte Operationsmikroskop weitere Anzeigeeinheiten, beispielsweise zusätzliche 3D-Einblicke, Mono-Einblicke, Monitore, Head-Up-Displays, etc. umfassen. Ebenso kann eine Aufzeichnungseinheit vorhanden sein, der die demodulierten Bilddaten zu Aufzeichnungszwecken zugeführt werden, oder eine Weiterleitungseinheit, die die Bilddaten für die Übertragung über einen anderen Übertragungskanal, beispielsweise einen kabelgebundenen Übertragungskanal, erneut eine Modulation eines Trägersignals umsetzt.
Neben der Übertragung der Bilddaten können auch zusätzliche Informationen mittels einer Modulation des Beleuchtungslichtes übertragen werden, beispielsweise Daten hinsichtlich der eingestellten Vergrößerung, des Datums, an dem die Beobachtung stattfindet, Informationen zum beobachteten Objekt, etc.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst das Operationsmikroskop auch einen am Grundkörper 1 angeordneten Photodetektor 39, welcher Licht einer entfernt angeordneten Lichtquelle, beispielsweise einer an der Decke 40 angeordneten Leuchtdiode 41, detektiert. Mittels eines geeigneten Modulationsverfahrens, beispielsweise mittels eines der mit Bezug auf 2 beschriebenen Modulationsverfahren, können über das von der Lichtquelle 41 ausgesandte Licht Daten an den Grundkörper 1 des Operationsmikroskopsystems übertragen werden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel erfolgt eine Übertragung von Steuerdaten an eine einen Demodulator enthaltende Steuereinheit 43, mit deren Hilfe etwa die Vergrößerung im Vergrößerungswechsler 7 und/oder die Intensität des Beleuchtungslichtes über die Pulsweitenmodulationseinheit 21 eingestellt werden können. Weitere Steuerdaten, die mittels der Lichtquelle 41 an den Grundkörper überfragen werden können, sind beispielsweise Einstellungsdaten zum Einstellen der Fokusebene des Mikroskops, Daten zum Einstellen von Blendenöffnungen, etc. Grundsätzlich können alle im Grundkörper 1 Verwendung findenden Steuerdaten über diesen Übertragungskanal übertragen werden.
Um den vom Beleuchtungslicht gebildeten Übertragungskanal durch den vom Licht der Lichtquelle 41 gebildeten Übertragungskanal nicht zu stören, ist entweder die Lichtquelle so angeordnet, dass eine Beleuchtung des Objekts 25 durch sie nicht erfolgt, oder das Spektrum der Lichtquelle 41 ist so gewählt, dass der Photodetektor 31 des 3D-Einblicks 17 bzw. anderer Verwertungseinheiten auf die entsprechende spektrale Verteilung nicht reagiert. Beispielsweise kann die Leuchtdiode 41 eine im infraroten Spektralbereich oder eine im ultravioletten Spektralbereich emittierende Leuchtdiode sein, wenn die Beleuchtungslichtquelle wie im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Weißlicht-LED ist.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind sowohl der Grundkörper 1 als auch der digitale Einblick 17 an einer Deckenaufhängung 45 bzw. 47 befestigt. Alternativ ist es auch möglich den Grundkörper 1 und/oder den digitalen Einblick 17 an einem Bodenstativ aufzuhängen. Ebenso braucht die Lichtquelle 41 zum Übertragen der Steuerdaten an den Grundkörper 1 nicht wie in 1 dargestellt an der Decke 40 angeordnet zu sein. Sie kann beliebig angeordnet werden, sofern ihre Anordnung die Datenübertragung über das Beleuchtungslicht nicht stört und ihr Licht von dem Photodetektor 39 des Grundkörpers 1 empfangen werden kann.
Ein zweites Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes optisches Beobachtungssystem wird nachfolgend mit Bezug auf 3 beschrieben. Dargestellt ist lediglich der Grundkörper 1, da sich die Verwertungseinheit nicht von der bzw. denen aus dem ersten Ausführungsbeispiel unterscheidet. Elemente dieses Ausführungsbeispiels, die sich nicht von entsprechenden Elementen des ersten Ausführungsbeispiels unterscheiden, sind mit denselben Bezugsziffern wie im ersten Ausführungsbeispiel versehen und werden nicht noch einmal erläutert.
Der Unterschied des zweiten Ausführungsbeispiels zum ersten Ausführungsbeispiel liegt in der Übertragungseinrichtung zum Übertragen der von den Kamerachips 3A, 3B aufgenommenen Bilder, sowie in der Beleuchtungseinheit zum Beleuchten des Objektes. Die Beleuchtungseinheit umfasst im vorliegenden Ausführungsbeispiel statt einer Weißlicht-LED drei farbige LEDs, nämlich eine rote LED 49, eine grüne LED 51 und eine blaue LED 53. Die Intensität jeder der farbigen LEDs 49 bis 53 wird mittels einer eigenen Pulsweitenmodulationseinheit 55, 57, 59 eingestellt, wobei die Steuerung der Pulsweitenmodulationseinheiten 55, 57, 59 mittels einer zentralen Steuereinheit 61 erfolgt. Diese steuert die Intensität der roten LED 49, der grünen LED 51 und der blauen LED 53 so, dass die Überlagerung des von den LEDs emittierten Lichtes weißes Licht mit einer definierten Intensität ergibt. Jede Pulsweitenmodulationseinheit 55, 57, 59 ist außer mit der zentralen Steuereinheit 61 auch mit einem Modulator 63 verbunden, der zum Empfang der elektronischen Bilddaten mit den Kamerachips 3A, 3B verbunden ist. Der Modulator 63 umfasst drei Funktionsbereiche, welche die empfangenen Bilddaten in drei Modulationssignale umwandeln, und die Modulationssignale an die Pulsweitenmodulationseinheiten 55, 57, 59 der jeweiligen LED 49, 51, 53 ausgeben. Auf der Basis des jeweils empfangenen Modulationssignals modulieren die Pulsweitenmodulationseinheiten 55, 57, 59 die hohen Spannungspegel gemäß einem der mit Bezug auf 2 beschriebenen Verfahren. Jeder von den drei LEDs repräsentierte spektrale Bereich kann daher individuell für eine Datenübertragung eingesetzt werden. Beispielsweise kann der rote Spektralbereich der LED 49 zum Übertragen des linken stereoskopischen Teilbildes, der grüne Spektralbereich der LED 51 zum Übertragen des rechten stereoskopischen Teilbildes und der blaue Spektralbereich der LED 53 zum Übertragen zusätzlicher Informationen Verwendung finden. Gegenüber der Verwendung einer weißen LED ermöglicht die Verwendung einer Weißlichtquelle, die aus drei farbigen Lichtquellen zusammengesetzt ist, eine um einen Faktor drei höhere Übertragungsrate.
Die einzige Änderung, die im Vergleich zu dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel an der Verwertungseinheit 17 nötig ist, ist die, dass statt einem Photodetektor 31 drei Photodetektoren vorhanden sind, die auf den jeweiligen Spektralbereich der drei LEDs 49, 51, 53 empfindlich sind, wobei die drei Photodetektoren auch funktional voneinander getrennte Bereiche eines einzigen Photodetektors sein können. Das Demodulieren aller drei Signale kann entweder von einer gemeinsamen Demodulationseinheit 33 mit drei Funktionsbereichen oder von drei getrennten Demodulationseinheiten durchgeführt werden.
Ein drittes Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes optisches Beobachtungssystem ist schematisch in 4 dargestellt. Elemente, die sich nicht von Elementen des ersten Ausführungsbeispiels unterscheiden sind mit denselben Bezugsziffern wie im ersten Ausführungsbeispiel beschrieben und werden nicht noch einmal erläutert.
Der Unterschied des in 4 gezeigten dritten Ausführungsbeispiels zum ersten Ausführungsbeispiel besteht darin, dass die Lichtquelle 67, mit der das Objekt zum Übertragen der Daten beleuchtet wird, von der eigentlichen Beleuchtungslichtquelle 65 getrennt ist. Der Grundkörper 1 des Operationsmikroskops enthält daher eine Weißlichtquelle 65, beispielsweise eine Halogenlampe, und eine weitere Lichtquelle 67, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine im ultravioletten Spektralbereich emittierende LED ist. Die Intensität der Weißlichtquelle 65 wird in konventioneller Weise mittels einer Einstelleinheit 69 eingestellt. Die zum Einstellen nötigen Informationen können der Steuereinheit 69 über einen Photodetektor 39, wie er in 1 gezeigt ist, zugeführt werden.
Der UV-LED 67 wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel lediglich das Modulationssignal der Modulationseinheit 27 zugeführt. Dieses kann beispielsweise aus einer einfachen Abfolge von hohen und niedrigen Spannungspulsen bestehen, da eine Pulsweitenmodulation der Intensität der LED 67 im vorliegenden Ausführungsbeispiel nicht zu erfolgen braucht. Diese Ausführungsvariante bietet den Vorteil, dass die Intensität des Weißlichtes zur eigentlichen Objektbeleuchtung unabhängig von der Intensität des zur Datenübertragung Verwendung findenden Lichtes eingestellt werden kann. Falls die UV-LED auch beispielsweise zur Fluoreszenzanregung Verwendung finden soll, ist ihr eine geeignete Steuereinheit zugeordnet, die etwa eine Einstellung der Beleuchtungsintensität ermöglicht. Die Modulation kann dann analog zur zuvor beschriebenen Modulation der Weißlichtquelle erfolgen.
Ein viertes Ausführungsbeispiel für das erfindungsgemäße optische Beobachtungssystem ist schematisch in den 5 und 6 dargestellt. Dieses Ausführungsbeispiel zeigt ein Mikroskop das nicht als Stereomikroskop ausgebildet ist. Entsprechend ist lediglich ein Kamerachip 3 vorhanden. Die Realisierung des vierten Ausführungsbeispiels als Stereomikroskop, insbesondere als Operationsmikroskop ist aber auch möglich. Die optischen Komponenten im Grundkörper eines nicht als Stereomikroskops ausgebildeten Mikroskops entsprechen im Wesentlichen den optischen Komponenten in einem Teilstrahlengang eines Stereomikroskops. Sie werden daher an dieser Stelle nicht weiter erläutert.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel werden die elektronischen Bilddaten vom Kamerachip 3 an einen Modulator 71 weitergegeben. Dieser wandelt die Bilddaten in ein Modulationssignal zum Modulieren des von einer Lichtquelle ausgesendeten Lichtes um. Die Lichtquelle ist wie im ersten Ausführungsbeispiel eine Weißlicht-LED (19), deren Helligkeit mit Hilfe einer Pulsweitenmodulationseinheit 21 eingestellt wird. Im Unterschied zu den bisherigen Ausführungsbeispielen erfolgt die Modulation des von der Weißlicht-LED ausgesandten Lichtes jedoch nicht durch Einwirken auf die der LED 19 zugeführten Spannung, sondern durch Einwirken auf das von der LED 19 ausgesandte Licht. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel kommt hierzu ein elektronisch schaltbarer Polarisator 73 zur Anwendung, welcher das von der LED 19 ausgesandte Licht polarisiert, beispielsweise linear polarisiert, wobei die Polarisationsrichtung zwischen zwei unterschiedlichen Polarisationsrichtungen hin und her geschaltet werden kann, insbesondere zwischen zwei zueinander senkrechten Polarisationsrichtungen. Die Information kann dann in der Polarisation des Lichtes codiert werden.
Der Einblick 70 weist wie im ersten Ausführungsbeispiel einen Photodetektor 31, einen mit dem Photodetektor 31 verbundenen Demodulator 33 und ein mit dem Demodulator 33 verbundenes LCD-Display 35 auf. Dem Photodetektor ist im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel jedoch ein Polarisator 75 vorgeschaltet. Wenn das Licht der LED 19, wie zuvor beispielhaft erwähnt, linear polarisiert wird, ist der Polarisator 75 vor dem Photodetektor 31 fest auf eine der linearen Polarisationsrichtungen eingestellt. Wenn nun zum Modulieren des von der LED 19 ausgesandten Lichtes ein Wechsel zwischen zwei linearen Polarisationsrichtungen erfolgt, wobei eine der beiden Polarisationsrichtungen der fest eingestellten Polarisationsrichtung im Polarisator 35 entspricht, wird vom Photodetektor eine hohe Intensität wahrgenommen, wenn die Polarisationsrichtung des Lichtes mit der des Polarisators 75 übereinstimmt, und eine niedrige Intensität, wenn die Polarisationsrichtung des Lichtes nicht mit der des Polarisators 75 übereinstimmt. Der größte Intensitätsunterschied liegt vor, wenn beide Polarisationsrichtungen senkrecht aufeinander stehen. Durch geeignetes Wechseln der Polarisation des Lichtes mittels des Polarisators 73 vor der LED 19 können daher digitale Daten übertragen werden. Selbstverständlich kann diese Art der Modulation auch in den übrigen Ausführungsbeispielen zur Anwendung kommen.
Statt einer Modulation der Polarisation des ausgesandten Lichtes, kann auch eine direkte Modulation der Intensität des auf das Objekt abgestrahlten Lichtes erfolgen. Hierzu tritt an die Stelle des Polarisators 73 in 5 ein Shutter, beispielsweise ein LCD-Shutter, welcher elektronisch ansteuerbar ist. Je nach dem, ob der Shutter transparent oder intransparent ist, wird das Objekt mit einer hohen oder einer niedrigen Intensität beleuchtet. Mit einem derartigen Shutter kann beispielsweise auch das in 2 durch den Intensitätsverlauf III repräsentierte Modulationsverfahren realisiert werden, wenn der Shutter nicht völlig intransparent wird, sondern lediglich zwischen einem hohen und einem niedrigen Transmissionsgrad hin und her geschaltet wird. Auf den Polarisator 75 vor dem Photodetektor 31 des Tubus 17 kann dann selbstverständlich verzichtet werden. Insbesondere, wenn die LED 19 alleine zur Übertragung von Daten, nicht aber zur eigentlichen Objektbeleuchtung Verwendung findet, können die Daten in einfacher Weise durch Transparenz und Intransparenz des Shutters übertragen werden.
Neben den beschriebenen Shuttern, wie LCD-Shuttern kommen grundsätzlich auch mechanische Shutter in Frage, die ein den Strahlengang blockierendes Element mechanisch in den Strahlengang hinein und wieder heraus bewegen, sofern die mechanische Bewegung mit einer hinreichend hohen Frequenz durchführbar ist.
Weiterhin ist es möglich, statt eines Shutters ein Licht lenkendes Element zu verwenden, welches das Licht temporär in eine Richtung ablenkt, in der es nicht ins Objektfeld des Mikroskops gelangt. Eine solche Vorrichtung kann beispielsweise ein beweglicher Spiegel sein, wie etwa ein Galvanometerspiegel, oder ein schaltbarer Spiegel, der durch Anlegen einer geeigneten Spannung von einem transparenten in einen reflektierenden Zustand versetzt werden kann, oder umgekehrt.

Claims

Optisches Beobachtungssystem, umfassend: – ein optisches Beobachtungsgerät (1) mit wenigstens einer das zu beobachtende Objekt (25) beleuchtenden Lichtquelle (19, 49, 51, 53, 67), und mit wenigstens einer elektronischen Bilderfassungseinheit (3) zum Erfassen von elektronischen Bildern des zu beobachtenden Objekts (25), – wenigstens eine vom optischen Beobachtungsgerät (1) entfernt angeordnete elektronische Verwertungseinheit (35) zum Verwerten der von der Bilderfassungseinheit (3) erfassten elektronischen Bilder, und – eine drahtlose Übertragungsvorrichtung zum Übertragen der von der Bilderfassungseinheit (3) erfassten elektronischen Bilder an die Verwertungseinheit (35), dadurch gekennzeichnet, dass die drahtlose Übertragungsvorrichtung umfasst: – einen zum Modulieren des von der Lichtquelle (19, 49, 51, 53, 67) ausgesandten Lichtes auf die wenigstens eine Lichtquelle (19, 49, 51, 53, 67) oder auf das Licht einwirkenden Modulator (27, 63, 73), welcher mit der elektronischen Bilderfassungseinheit (3) zum Empfang der elektronischen Bilder verbunden ist und der dazu ausgelegt ist, die elektronischen Bilder in eine Modulation des Lichtes umzusetzen, – einen mit der Verwertungseinheit (35) verbundenen optischen Empfänger (31), der von dem optischen Beobachtungsgerät (1) entfernt derart angeordnet ist, dass er das modulierte Licht empfangen kann, und der empfangenes moduliertes Licht in ein moduliertes elektrisches Signal umwandelt, und – einen mit dem optischen Empfänger (31) zum Empfang des modulieren elektrischen Signals und mit der Verwertungseinheit (35) verbundenen Demodulator (33), der dazu ausgelegt ist, die Modulation des elektrischen Signals in für die Verwertungseinheit (35) verwertbare elektrische Signale umzuwandeln.
Optisches Beobachtungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Lichtquelle (19, 49, 51, 53, 67) eine Weißlichtquelle ist.
Optisches Beobachtungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Weißlichtquelle eine weiße LED (19) oder wenigstens drei in unterschiedlichen Wellenlängenbereichen emittierende LEDs (49, 51, 53) umfasst, wobei die Wellenlängenbereiche der wenigstens drei LEDs (49, 51, 53) so aufeinander abgestimmt sind, dass ihre Überlagerung weißes Licht ergibt.
Optisches Beobachtungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der wenigstens drei LEDs (49, 51, 53) ein Modulator (63) zugeordnet ist, der zum Modulieren des von der jeweiligen Lichtquelle (49, 51, 53) ausgesandten Lichtes auf die entsprechende Lichtquelle (49, 51, 53) oder auf das Licht dieser Lichtquelle einwirkt, und dass für jeden Wellenlängenbereich ein Demodulator (33) vorhanden ist, der von dem optischen Beobachtungsgerät (1) entfernt, derart angeordnet ist, dass er das modulierte Licht im entsprechenden Wellenlängenbereich empfangen kann, und der dazu ausgelegt ist, das entsprechende modulierte Licht in für die Verwertungseinheit (35) verwertbare elektrische Signale umzuwandeln.
Optisches Beobachtungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle eine im infraroten oder im ultravioletten Wellenlängenbereich emittierende Lichtquelle (67) ist.
Optisches Beobachtungssystem nach Anspruch 5 und einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass Lichtquelle (67) als zusätzliche Lichtquelle zu einer Weißlichtquelle (65) vorhanden ist.
Optisches Beobachtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Modulator (27, 63) ein auf die Strom- oder Spannungsversorgung der wenigstens einen Lichtquelle (19, 49, 51, 53, 67) einwirkendes Element ist.
Optisches Beobachtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Modulator (73) ein steuerbares, das Licht der wenigstens einen Lichtquelle temporär ausblendendes, modifizierendes oder ablenkendes Element ist.
Optisches Beobachtungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Beobachtungsgerät (1) einen optischen Empfänger (39) sowie einen Demodulator (43) zum Demodulieren empfangenen modulierten Fremdlichtes aufweist.
Optisches Beobachtungssystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Fremdlicht eine Wellenlängenverteilung aufweist, auf die der der Verwertungseinheit (17) zugeordnete optische Empfänger (31) unempfindlich ist.
Drahtlose Übertragungsvorrichtung für ein optisches Beobachtungsgerät (1) mit wenigstens einer Lichtquelle (19, 49, 51, 53, 67), welche das Beleuchten eines zu beobachtenden Objekts (25) mit Beleuchtungslicht ermöglicht, und mit einer elektronischen Bilderfassungseinheit (3) zum Erfassen von elektronischen Bildern des zu beobachtenden Objekts (25), wobei die drahtlose Übertragungsvorrichtung umfasst: – einen Modulator (27, 63, 73) zum Modulieren des Beleuchtungslichtes, welcher mit der elektronischen Bilderfassungseinheit (3) zum Empfang der elektronischen Bilder verbindbar ist und der dazu ausgelegt ist, die elektronischen Bilder in eine Modulation des Beleuchtungslichtes zu übertragen, – wenigstens einen optischen Empfänger (31), der das modulierte Licht empfangen kann und der empfangenes moduliertes Licht in ein moduliertes elektrisches Signal umwandelt, und – wenigstens einen mit dem optischen Empfänger (31) zum Empfang des modulierten elektrischen Signals verbundenen oder verbindbaren Demodulator (33), der außerdem mit einer elektronischen Verwertungseinheit (35) verbunden oder verbindbar ist und der modulierte elektrische Signale in von der Verwertungseinheit (35) verwertbare elektrische Signale umwandelt.
Drahtlose Übertragungsvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Modulator (27, 63) ein auf die Strom- oder Spannungsversorgung der wenigstens einen Lichtquelle (19, 49, 51, 53, 67) einwirkendes Element ist.
Drahtlose Übertragungsvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Modulator (73) ein das Licht der wenigstens einen Lichtquelle temporär ausblendendes, modifizierendes oder ablenkendes Element ist.
Verfahren zum drahtlosen Übertragen von elektronischen Bildern, die mit einem optischen Beobachtungsgerät (1), welches wenigstens eine Lichtquelle (19, 49, 51, 53, 67) zum Beleuchten eines zu beobachtenden Objekts (25) mit Beleuchtungslicht sowie wenigstens eine elektronische Bilderfassungseinheit (3) umfasst, aufgenommen werden, an eine von dem optischen Beobachtungsgerät entfernt angeordnete elektronische Verwertungseinheit (35), in dem die die elektronischen Bilder repräsentierenden Bilddaten dem Beleuchtungslicht als Modulation aufgeprägt werden, die Bilddaten zusammen mit dem Beleuchtungslicht an die elektronische Verwertungseinheit (35) übertragen werden und die dem Beleuchtungslicht aufgeprägte Modulation vor dem Verwerten in das elektronische Bild repräsentierende Bilddaten rückgewandelt wird.
Verfahren nach Anspruch 14, in dem das an die elektronische Anzeige- bzw. Aufzeichnungseinheit (35) übertragene Beleuchtungslicht von dem beleuchteten Objekt (25) zuvor reflektiert worden ist.
Verfahren nach Anspruch 14 oder Anspruch 15, in dem die Intensität des Beleuchtungslichtes derart durch Pulsweitenmodulation eingestellt wird, dass in einem vorgegebenen Zeitintervall über eine definierte Zeitdauer ein hoher Intensitätspegel und sonst ein niedriger Intensitätspegel vorliegt, und in dem die Modulation des Beleuchtungslichtes durch eine Modulation der Intensität des hohen Intensitätspegels realisiert wird.
Verfahren nach Anspruch 16, in dem die Modulation so erfolgt, dass die mittlere Intensität eines modulierten hohen Intensitätspegels der Intensität eines unmodulierten hohen Intensitätspegels entspricht.
Verfahren nach Anspruch 14 oder Anspruch 15, in dem die Intensität des Beleuchtungslichtes derart durch Pulsweitenmodulation eingestellt wird, dass in einem vorgegebenen Zeitintervall über eine definierte Zeitdauer ein hoher Intensitätspegel und sonst ein niedriger Intensitätspegel vorliegt, und in dem die Modulation des Beleuchtungslichtes durch zeitliche Lage des hohen Intensitätspegels innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 14 oder Anspruch 15, in dem die Intensität des Beleuchtungslichtes derart durch Pulsweitenmodulation eingestellt wird, dass in einem vorgegebenen Zeitintervall über eine definierte Zeitdauer ein hoher Intensitätspegel und sonst ein niedriger Intensitätspegel vorliegt, und in dem die Modulation dadurch erfolgt, dass die definierte Zeitdauer auf eine Anzahl von Pulse innerhalb des Zeitintervalls verteilt wird.
Verfahren nach Anspruch 14 oder Anspruch 15, in dem die Modulation des Beleuchtungslichtes durch eine Modulation seiner Polarisation erfolgt,