DE102014102248A1

DE102014102248A1 - Stereoskopisches optisches Beobachtungsgerät mit einem Hauptbeobachtersystem und einem Mitbeobachtersystem

Info

Publication number: DE102014102248A1
Application number: DE102014102248.3A
Authority: DE
Inventors: André Müller; Artur Högele; Frank Keib; Daniel Kolster; Stefan Ernsperger
Original assignee: Carl Zeiss Meditec AG
Current assignee: Carl Zeiss Meditec AG
Priority date: 2014-02-21
Filing date: 2014-02-21
Publication date: 2015-08-27
Anticipated expiration: 2034-02-22
Also published as: DE102014102248B4

Abstract

Ein optisches Beobachtungsgerät ist mit einem Hauptbeobachtersystem und einem ein stereoskopisches Aufnahmesystem (19) umfassenden Mitbeobachtersystem ausgestattet. Der Mitbeobachterstrahlengang wird mittels eines zwischen dem Hauptobjektiv (1) und der binokularen Optik (5) des Hauptbeobachtersystems angeordneten großen Strahlteilers (3) aus dem Hauptbeobachterstrahlengang ausgekoppelt. Im Mitbeobachtersystem ist eine Prismenanordnung (11) vorhanden, die eine erste Prismenkonfiguration (11A) und eine zweite Prismenkonfiguration (11B) umfasst, wobei entweder die erste oder die zweite Prismenkonfiguration in den Mitbeobachterstrahlengang einbringbar ist. Die erste Prismenkonfiguration (11A) selektiert einen ersten rechten Mitbeobachter-Stereokanal und einen ersten linken Mitbeobachter-Stereokanal mit einer ersten Stereobasis aus dem Mitbeobachterstrahlengang, wenn sie in den Mitbeobachterstrahlengang eingebracht ist, und die zweite Prismenkonfiguration (11B) selektiert einen zweiten rechten Mitbeobachter-Stereokanal und einen zweiten linken Mitbeobachter-Stereokanal mit einer zweiten Stereobasis aus dem Mitbeobachterstrahlengang, wenn sie in den Mitbeobachterstrahlengang eingebracht ist. Die jeweils in den Mitbeobachterstrahlengang eingebrachte Prismenkonfiguration (11A) führt den von ihr selektierten ersten oder zweiten rechten Mitbeobachter-Stereokanal und den von ihr selektierten ersten oder zweiten linken Mitbeobachter-Stereokanal der binokularen Optik (13) zu. Für den Mitbeobachter ist ein elektronischer Einblick (21) vorhanden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein stereoskopisches optisches Beobachtungsgerät zum Beobachten eines Beobachtungsobjektes mit einem Hauptobjektiv, einem Hauptbeobachtersystem zur Beobachtung des Beobachtungsobjekts durch einen Hauptbeobachter und einem Mitbeobachtersystem zur Beobachtung des Beobachtungsobjekts durch einen Mitbeobachter.
Beim Operieren mit Operationsmikroskopen ist die Betrachtung des Operationsfeldes durch den Hauptoperateur und häufig auch durch einen oder mehrere zusätzliche Beobachter, wie etwa einen Assistenten, eine Schwester oder sonstiges OP-Personal erforderlich. Hierbei wünscht der Hauptoperateur beim Operieren einen vergrößerten stereoskopischen Blick auf das Operationsfeld mit keinen oder möglichst geringen Einschränkungen in der Ergonomie, der optischen Qualität des Bildes, etc. An die Bilddarstellung für die Mitbeobachter werden häufig dagegen andere Anforderungen gestellt. Während den Schwestern und dem sonstigen OP-Personal in der Regel ein einfacher, nicht stereoskopischer Überblick über das Operationsfeld genügt, sind die Anforderungen, die sich für einen Assistenten ergeben deutlich höher. Dem Assistenten soll in der Regel eine vorzugsweise stereoskopische, unverzögerte Mitbeobachtung mit einer hochwertigen optischen Wiedergabe, insbesondere in Bezug auf die Auflösung, die Farbwiedergabe, den Kontrast, die Helligkeit, die Stereobasis, etc., ohne bzw. mit vertretbaren Einschränkungen der Ergonomie ermöglicht werden. Da ein Assistent in der Regel auch im Operationsfeld agiert, ist auch eine örtliche Nähe des vom Assistenten genutzten Wiedergabegerätes bzw. Einblicks zum Operationsmikroskop notwendig. Die Darstellung des OP-Feldes für die übrigen im Operationssaal befindlichen Personen kann über einfache Kameras und Monitore, d. h. nicht stereoskopische Kameras und Monitore, erfolgen, wobei der zur Kamera geführte Strahlengang aus einem der Beobachtungsstrahlengänge ausgekoppelt werden kann.
Derzeit wird die Mitbeobachtung für den Assistenten in der Regel optisch gelöst. Dabei wird je nach Positionierung des Mitbeobachters relativ zum Hauptbeobachter zwischen einer sogenannten Face-to-Face-Mitbeobachtung und einer seitlichen Mitbeobachtung unterschieden. Bei der Face-to-Face-Mitbeobachtung befinden sich Hauptoperateur und Assistent einander gegenüber und der Patient liegt zwischen den beiden, wie dies beispielsweise in der Wirbelsäulenchirurgie der Fall ist. Hierbei wird über einen Strahlteiler, der in der Regel ein physikalischer Strahlteiler ist, jeweils der rechte und der linke stereoskopische Teilstrahlengang auf den Hauptbeobachter und dem Mitbeobachter aufgeteilt. Beide sehen dann ein aus ihrer Position seitenrichtiges, aufrechtes Bild. Diese Art der Mitbeobachtung ist schematisch in 1 dargestellt.
Bei der seitlichen Mitbeobachtung befinden sich Hauptoperateur und Assistent in einem Winkel von ca. 90 Grad zueinander. Der Patient liegt typischerweise vor dem Hauptbeobachter und der Assistent befindet sich seitlich rechts oder links neben dem Patienten, wie dies häufig in der Neurochirurgie und der Ophthalmo-Chirurgie (Augenchirurgie) der Fall ist. In der Augenchirurgie wird das Mikroskop während der Operation in der Regel nur eingeschränkt bewegt, insbesondere nicht oder nur minimal verkippt bzw. geschwenkt. Deshalb ist es hier möglich, zwischen dem Hauptobjektiv und dem Zoomsystem zwei zusätzliche Beobachtungsstrahlengänge für den seitlich positionierten Assistenten auszukoppeln und über ein separates Zoom- und Feinfokussystem an den Tubus für den Assistenten weiterzuleiten. Die Auskoppelung der zusätzlichen Beobachtungsstrahlengänge erfolgt dabei in der Regel durch geometrische Strahlteilung. Diese Art der Mitbeobachtung zeichnet sich durch eine optisch hochwertige Bildwiedergabe, insbesondere in Bezug auf die Stereobasis, die Helligkeit, die Auflösung, den Kontrast, etc., und eine in Bezug auf die Vergrößerung und die Fokussierung von der Hauptbeobachtung unabhängige Bildwiedergabe aus. Diese Art der Mitbeobachtung ist schematisch in 2 dargestellt. Aufgrund der im Falle der Ophthalmo-Chirurgie nur minimal nötigen Kipp- bzw. Schwenkbewegungen am Operationsmikroskop ist dem Assistenten ein ergonomischer Einblick möglich. Falls das Operationsmikroskop dagegen größere Bewegungen ausführen soll, ist diese Mitbeobachtung ungeeignet, da dann drastische Einschnitte in der Ergonomie hingenommen werden müssten.
Wenn das Operationsmikroskop für eine umfangreichere Bewegung während der Operation ausgebildet ist, wird das Bild für den Assistenten entweder nur aus dem rechten oder nur aus dem linken stereoskopischen Teilstrahlenbündel des Hauptbeobachters ausgekoppelt, wie dies schematisch in 3 gezeigt ist. Dies ermöglicht eine gewisse Verstellmöglichkeit der Tubuslage und -ausrichtung sowie die Manipulation der Bildlage, insbesondere der Bilddrehung. Die Auskoppelung erfolgt hierbei mittels eines physikalischen Strahlteilers. Zwar kann hiermit im Vergleich zu der mit Bezug auf 2 beschriebenen Auskoppelung eine kompakte Bauweise sowie eine erhöhte Ergonomie für den Assistenten erzielt werden, jedoch erfolgt dies auf Kosten des Bildes, dessen optische Qualität eingeschränkt ist. Insbesondere ist im Vergleich zu der in 2 dargestellten Auskoppelung bei der in 3 dargestellten Auskopplung die Stereobasis kleiner, die Helligkeit geringer, die Auflösung geringer, etc.
Es besteht daher der Wunsch, eine hohe Ergonomie mit einer hohen Bildqualität zu verbinden, sodass auch bei größeren Positionsänderungen des Assistenten während einer Operation eine hohe Ergonomie und gleichzeitig eine hohe Bildqualität erreicht werden.
Die DE 10 2009 019 575 A1 beschreibt ein Operationsmikroskop, welches zwischen dem Hauptobjektiv und dem Zoomsystem des Hauptbeobachterstrahlengangs einen großen Strahlteiler aufweist. Über diesen können Mitbeobachterstrahlengänge ausgekoppelt werden, die dann Peripheriegeräten mit stereoskopischen Optiken und/oder stereoskopischen Kameraanordnungen zugeführt werden. Die Peripheriegeräte können um ihre optische Achse gedreht werden, sodass die Orientierung der Stereobasis in Bezug auf das Beobachtungsobjekt frei gewählt werden kann. Aufgrund der Auskopplung mittels eines großen Strahlteilers, d. h. eines Strahlteilers, der das gesamte vom Objektiv kommende Strahlenbündel auskoppelt, und der Drehbarkeit der Peripheriegeräte ist eine großzügige Einstellbarkeit der Peripheriegeräte bei gleichzeitig hoher Bildqualität möglich.
Die DE 103 00 925 A1 beschreibt ein Stereo-Untersuchungssystem mit einem Hauptobjektiv und einem dem Hauptobjektiv bildseitig nachgeordneten großen Strahlteiler. In den bildseitig des Strahlteilers befindlichen Strahlengängen sind jeweils zweikanalige Zoomsysteme angeordnet, welche die durch sie hindurch tretenden Strahlenbündel CCD-Kameras zuführen. Die Kameras sind zusammen mit den Zoomsystemen an einer gemeinsamen Halterung montiert, die um die optische Achse drehbar ist, sodass die Blickrichtung auf das Objekt eingestellt werden kann. Auch dieses Stereo-Untersuchungssystem ermöglicht eine hohe Ergonomie bei guter Bildqualität.
Die in DE 10 2009 019 575 A1 und DE 103 00 925 A1 beschriebenen Systeme sind jedoch relativ voluminös, was in einem Operationssaal häufig störend ist, da sie sich in unmittelbarer Nähe zum Operationsfeld befinden.
Gegenüber dem zitierten Stand der Technik ist es daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein stereoskopisches, optisches Beobachtungssystem zur Verfügung zu stellen, das dem Assistenten eine ausreichend hohe Ergonomie bei gleichzeitig guter Bildqualität zur Verfügung stellt und das gegenüber den in DE 10 2009 019 575 A1 und DE 103 00 925 A1 beschriebenen Geräten kompakter ausgebildet sein kann.
Diese Aufgabe wird durch ein stereoskopisch, optisches Beobachtungsgerät nach Anspruch 1 gelöst. Die abhängigen Ansprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
Ein erfindungsgemäßes stereoskopisches optisches Beobachtungsgerät zum Beobachten eines Beobachtungsobjektes umfasst ein Hauptobjektiv, ein Hauptbeobachtersystem mit einem Hauptbeobachterstrahlengang zur Beobachtung des Beobachtungsobjekts durch einen Hauptbeobachter, das eine binokulare Optik umfasst, und ein Mitbeobachtersystem mit einem Mitbeobachterstrahlengang zur Beobachtung des Beobachtungsobjekts durch einen Mitbeobachter, das eine binokulare Optik sowie ein stereoskopisches Aufnahmesystem mit einem rechten und einem linken Bildkanal umfasst.
Der Mitbeobachterstrahlengang wird mittels eines zwischen dem Hauptobjektiv und der binokularen Optik des Hauptbeobachterstrahlengangs angeordneten großen physikalischen Strahlteilers aus dem Hauptbeobachterstrahlengang ausgekoppelt. Unter einem großen Strahlteiler ist dabei ein Strahlteiler zu verstehen, der ein Strahlenbündel auskoppelt, das so groß ist, dass aus ihm stereoskopische Teilstrahlenbündel mit einer Stereobasis wie im Hauptbeobachterstrahlengang und einer beliebigen Orientierung der Stereobasis in der Ebene senkrecht zur optischen Achse des Strahlenbündels selektiert werden können. Ein großes Strahlenbündel hat daher einen Durchmesser, der wenigstens dem Abstand zwischen den Zentren der beiden stereoskopischen Teilstrahlenbündel des Hauptbeobachterstrahlengangs zuzüglich des doppelten Radius der stereoskopischen Teilstrahlenbündel entspricht.
Im Mitbeobachtersystem des erfindungsgemäßen stereoskopischen optischen Beobachtungsgeräts ist eine Prismenanordnung vorhanden, die wenigstens eine erste Prismenkonfiguration und eine zweite Prismenkonfiguration umfasst, wobei entweder die erste Prismenkonfiguration oder die zweite Prismenkonfiguration in den Mitbeobachterstrahlengang einbringbar ist. Die erste Prismenkonfiguration selektiert einen ersten rechten Mitbeobachter-Stereokanal (mit einem ersten rechten Teilstrahlenbündel) und einen ersten linken Mitbeobachter-Stereokanal (mit einem ersten linken Teilstrahlenbündel) mit einer ersten Stereobasis aus dem Mitbeobachterstrahlengang, wenn sie in den Mitbeobachterstrahlengang eingebracht ist. Entsprechend selektiert die zweite Prismenkonfiguration einen zweiten rechten Mitbeobachter-Stereokanal (mit einem zweiten rechten Teilstrahlenbündel) und einen zweiten linken Mitbeobachter-Stereokanal (mit einem zweiten linken Teilstrahlenbündel) mit einer zweiten Stereobasis aus dem Mitbeobachterstrahlengang, wenn sie in den Mitbeobachterstrahlengang eingebracht ist, wobei sich die zweite Stereobasis in Ihrer Orientierung von der ersten Stereobasis unterscheidet. Die jeweils in den Mitbeobachterstrahlengang eingebrachte Prismenkonfiguration führt den von ihr selektierten ersten oder zweiten rechten Mitbeobachter-Stereokanal und von ihr selektierten ersten oder zweiten linken Mitbeobachter-Stereokanal der binokularen Optik des Mitbeobachtersystems zu.
Im erfindungsgemäßen stereoskopischen optischen Beobachtungsgerät ist für den Mitbeobachter ein elektronischer Einblick vorhanden, dem das von dem stereoskopischen Aufnahmesystem aufgenommene stereoskopische Beobachtungsbild zur Darstellung zugeführt wird.
Aufgrund der elektronischen Ausführung der Bilderzeugung für den Mitbeobachter kann die Orientierung des Einblicks von der tatsächlichen Orientierung der Kameras entkoppelt werden, wodurch die Orientiereng des Mitbeobachters von der Orientierung des Mitbeobachtersystems entkoppelt ist, so dass sich der Mitbeobachter relativ zum Mitbeobachtersystem frei orientieren kann. Auf diese Weise ist eine hohe Ergonomie für den Mitbeobachter gewährleistet.
Da die Auskopplung des Mitbeobachterstrahlengangs im erfindungsgemäßen stereoskopischen optischen Beobachtungsgerät zudem mittels eines großen physikalischen Strahlteilers erfolgt, kann die Stereobasis des stereoskopischen Mitbeobachterstrahlengangs mit Hilfe der Prismenanordnung in unterschiedlichen Winkeln zur Stereobasis des Hauptbeobachterstrahlengangs orientiert sein. Aufgrund der Möglichkeit, die Stereobasis des stereoskopischen Mitbeobachterstrahlengangs in unterschiedlichen Winkeln zur Stereobasis des Hauptbeobachterstrahlengangs zu orientieren, kann die Stereobasis des Mitbeobachters an die Position des Mitbeobachters angepasst werden. Insbesondere sind mit dem erfindungsgemäßen stereoskopischen optischen Beobachtungsgerät eine richtig orientierte Darstellung des stereoskopischen Bildes für Mitbeobachter in einer Face-to-Face-Positionierung von Haupt- und Mitbeobachter, in der sich Haupt- und Mitbeobachter einander gegenüber befinden, und eine richtig orientierte Darstellung des stereoskopischen Bildes für einen seitlich in einem Winkel von 90 Grad links oder rechts vom Hauptbeobachter positionierten Mitbeobachter möglich. Dabei wird dem Mitbeobachterstrahlengang in alle Orientierungen der Stereobasis dieselbe Menge an optischen Informationen zugeführt, so dass die Bildqualität für den Mitbeobachter in allen einstellbaren Orientierungen der Stereobasis gleich hochwertig ist. Infolgedessen wird für alle Positionen des Mitbeobachters dieselbe hohe Bildqualität erreicht. Hierbei sei angemerkt, dass heutzutage Kameras und Displays verfügbar sind, die zu keinem für den Betrachter spürbaren Bildqualitätsverlust führen. Beim erfindungsgemäßen stereoskopischen optischen Beobachtungsgerät kommt es somit trotz hoher Ergonomie zu keiner nennenswerten Einschränkung in der Bildqualität. Insbesondere kommt es zu keiner nennenswerten Einschränkung in der Helligkeit, der Stereobasis, der Auflösung oder im Kontrast des Mitbeobachterbildes.
Im erfindungsgemäßen stereoskopischen optischen Beobachtungsgerät ist die hohe Ergonomie bei gleichzeitig hoher Bildqualität mit einem wenig raumgreifenden Aufbau realisiert, da die Bauelemente, die den meisten Bauraum beanspruchen, nämlich die binokulare Optik und das stereoskopische Aufnahmesystem, unbeweglich relativ zum großen physikalischen Strahlteiler angeordnet sein können und somit anders als bei den Geräten nach DE 10 2009 019 575 A1 und DE 103 00 925 A1 kein Platz für ein Verlagern der binokularen Optik und des stereoskopischen Aufnahmesystems relativ zum großen physikalischen Strahlteiler vorgehalten werden muss. Eine derartige Verlagerung könnte in manchen Positionen den dem Assistenten zur Verfügung stehenden Platz beschränken, was zu Abstrichen in der Ergonomie führen würde.
In einer speziellen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen stereoskopischen optischen Beobachtungsgeräts selektiert die binokulare Optik des Hauptbeobachtersystems einen rechten und einen linken Hauptbeobachter-Stereokanal mit einer Stereobasis aus dem Hauptbeobachterstrahlengang. Die erste Prismenkonfiguration selektiert aus dem Mitbeobachterstrahlengang einen ersten rechten Mitbeobachter-Stereokanal und einen ersten linken Mitbeobachter-Stereokanal mit einer ersten Stereobasis, die im Vergleich zur Stereobasis des Hauptbeobachters um 180 Grad gedreht ist. Die zweite Prismenkonfiguration selektiert aus dem Mitbeobachterstrahlengang einen zweiten rechten Mitbeobachter-Stereokanal und einen zweiten linken Mitbeobachter-Stereokanal mit einer zweiten Stereobasis, die im Vergleich zur Stereobasis des Hauptbeobachters um 90 Grad oder 270 Grad gedreht ist. In dieser Ausgestaltung werden für die wichtigsten Arbeitspositionen des Mitbeobachters gleichzeitig eine hohe Ergonomie und eine hohe Bildqualität realisiert.
In einer ersten konstruktiven Ausgestaltung des erfindungsgemäßen stereoskopischen optischen Beobachtungsgeräts ist die Prismenanordnung an einer Tragstruktur angeordnet, die wenigstens eine erste Orientierung und eine zweite Orientierung in dem stereoskopischen optischen Beobachtungsgerät annehmen kann. Beispielsweise kann die zweite Orientierung gegenüber der ersten Orientierung um 180 Grad um die optische Achse des vom physikalischen Strahlteiler ausgehenden Mitbeobachterstrahlengangs gedreht sein. In der ersten Orientierung ist die erste Prismenkonfiguration in den Mitbeobachterstrahlengang eingebracht, in der zweiten Orientierung die zweite Prismenkonfiguration. Dabei ist die Prismenanordnung in einer ersten Variante dieser Ausgestaltung an einer in das stereoskopische optische Beobachtungsgerät integrierten drehbaren Tragstruktur angeordnet, die um die optische Achse des vom physikalischen Strahlteiler ausgehenden Mitbeobachterstrahlengangs drehbar ist. In einer zweiten Variante ist die Prismenanordnung an einer aus dem stereoskopischen optischen Beobachtungsgerät entnehmbaren und in einer um die optische Achse des vom physikalischen Strahlteiler ausgehenden Mitbeobachterstrahlengangs gedrehten Orientierungen in das stereoskopische optische Beobachtungsgerät wieder einsetzbaren Tragstruktur angeordnet. Während die Tragstruktur in der ersten Variante beim Wechseln der Prismenkonfiguration im stereoskopischen optischen Beobachtungsgerät verbleibt, muss die Tragstruktur mit der Prismenanordnung in der zweiten Variante aus dem stereoskopischen optischen Beobachtungsgerät herausgenommen und anschließend bspw. um 180° gedreht wieder in das stereoskopische optische Beobachtungsgerät eingesetzt werden. Zwar ist die zweite Variante für den Anwender weniger komfortabel, dafür ist sie jedoch im Vergleich zur ersten Variante konstruktiv einfacher zu realisieren. Außerdem bietet die zweite Variante den Vorteil, dass die Ausrichtung des Bildformats am Ort des stereoskopischen Aufnahmesystems im Mitbeobachtersystem bei einer seitlichen Mitbeobachtung, in der der Mitbeobachter in einem Winkel von 90 Grad zum Hauptbeobachter orientiert ist, dieselbe ist wie bei einer Face-to-Face-Mitbeobachtung. Zwar kann dabei das Bild des Mitbeobachters gegenüber dem Bild des Hauptbeobachters seitenverkehrt sein oder auf dem Kopf stehen, jedoch kann dies im Aufnahmesystem elektronisch korrigiert werden. In der ersten Variante der ersten konstruktiven Ausgestaltung ist die Ausrichtung des Bildformats am Ort des stereoskopischen Aufnahmesystems dagegen im Falle einer seitlichen Mitbeobachtung gegenüber der Face-to-Face-Mitbeobachtung um 90 Grad gedreht. Um in beiden Orientierungen das vollständige Bild aufnehmen zu können, müssen die Bildsensoren des Aufnahmesystems in der ersten Variante daher größerer sein als in der zweiten Variante. Außerdem ist in der ersten Variante eine elektronische Bilddrehung um 90 Grad bzw. 270 Grad nötig.
In einer zweiten konstruktiven Ausgestaltung des erfindungsgemäßen stereoskopischen optischen Beobachtungsgeräts ist die Prismenanordnung an einer Tragstruktur angeordnet, die entlang eines zur optischen Achse des vom physikalischen Strahlteiler ausgehenden Mitbeobachterstrahlengangs senkrechten Pfades wenigstens aus einer ersten Position in eine zweite Position verschiebbar ist. In der ersten Position ist die erste Prismenkonfiguration in den Mitbeobachterstrahlengang eingebracht, in der zweiten Position ist die zweite Prismenkonfiguration in den Mitbeobachterstrahlengang eingebracht.
In einer dritten konstruktiven Ausgestaltung des erfindungsgemäßen stereoskopischen optischen Beobachtungsgeräts ist die Prismenanordnung auf wenigstens zwei voneinander getrennte Tragstrukturen verteilt, wobei die erste Prismenkonfiguration auf einer ersten der zwei Tragstrukturen angeordnet ist und die zweite Prismenkonfiguration auf einer zweiten der zwei Tragstrukturen angeordnet ist. Die Tragstrukturen sind in dieser Ausgestaltung wechselweise in das stereoskopische optische Beobachtungsgerät einsetzbar.
Um in jeder Orientierung des Mitbeobachters ein seitenrichtiges und/oder aufrechtes Bild gewährleisten zu können, umfasst das stereoskopische Aufnahmesystem in einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen stereoskopischen optischen Beobachtungsgeräts eine Bildspiegelfunktion, also eine Funktion, die ein Spiegeln des Bildes an einer zu einer der Bildkanten parallelen Mittellinie ermöglicht, und/oder eine Bilddrehfunktion. Wenn die Ausrichtung des Bildformats am Ort des stereoskopischen Aufnahmesystems im Mitbeobachtersystem bei einer seitlichen Mitbeobachtung, in der der Mitbeobachter in einem Winkel von 90 Grad zum Hauptbeobachter orientiert ist, dieselbe ist wie bei einer Face-to-Face-Mitbeobachtung ist es ausreichend, wenn die Bilddrehfunktion als 180-Grad-Drehfunktion ausgestaltet ist, die auch durch ein erstes Spiegeln des Bildes an einer zu einer Bildkante parallelen Mittellinie und ein anschließendes zweites Spiegeln an einer zur ersten Mittelinie senkrechten zweiten Mittellinie realisiert werden kann. Wenn die Ausrichtung des Bildformats am Ort des stereoskopischen Aufnahmesystems dagegen im Falle einer seitlichen Mitbeobachtung gegenüber der Face-to-Face-Mitbeobachtung um 90 Grad gedreht ist, ist die Bilddrehfunktion derart ausgestaltet, dass sie auch eine Drehung um 90 Grad bzw. um 270 Grad ermöglicht. Die Bilddrehfunktion kann aber insbesondere auch so ausgestaltet sein, dass sie Bilddrehungen um beliebige Winkel ermöglicht.
Das stereoskopische Aufnahmesystem des erfindungsgemäßen stereoskopischen optischen Beobachtungsgeräts kann zwei Kameras mit jeweils einem quadratischen Bildsensor umfassen. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Ausrichtung des Bildformats am Ort des stereoskopischen Aufnahmesystems bei einer seitlichen Mitbeobachtung gegenüber einer Face-to-Face-Mitbeobachtung um 90 Grad gedreht ist, wie dies bspw. in der oben beschriebenen ersten Variante der ersten konstruktiven Ausgestaltung der Fall ist. Ein quadratischer Bildsensor ermöglicht dann in gleicher Weise das Aufnehmen von Bildern, deren Orientierungen sich um 90°, 180° oder 270° voneinander unterscheiden. Bei einem rechteckigen, an das Format eines rechteckigen Bildes angepassten Sensor müsste dagegen der Sensor drehbar sein, oder die schmale Seite des Sensors müsste mindestens der Bildbreite des aufzunehmenden Bildformates entsprechen, um das Bild auch in zwei zueinander um 90° gedrehten Orientierung jeweils vollständig aufnehmen zu können. Wenn dabei ein rechteckiges Format beibehalten würde, wären in jeder Bildorientierung mehr Pixel ungenutzt als bei einem quadratischen Sensorformat. Insofern stellt eine quadratische Sensorfläche eine für die oben genannten Orientierungen optimal nutzbare Sensorfläche dar. Wenn Bilder nur in um 90°, 180° oder 270° gedrehten Orientierungen aufgenommen werden sollen, entspricht die Kantenlänge des quadratischen Bildsensors mindestens der Abmessung der langen Seite des Bildformats. Wenn auch Bilder in anderen Orientierungen als die um 90° oder 180° oder 270° gedrehten Orientierungen aufgenommen werden sollen, entspricht die Kantenlänge des quadratischen Bildsensors vorteilhafterweise mindestens der Bilddiagonalen des aufzunehmenden Bildformates.
Es ist besonders vorteilhaft, wenn jeder der Bildsensoren eine quadratische Sensorfläche aufweist, deren Kantenlänge ein wenig größer als die Abmessung der langen Seite des Bildformats oder die Abmessung der Bilddiagonale ist. Beispielsweise kann die Kantenlänge des Bildsensors mindestens 5% größer als die Abmessung der langen Seite des Bildformats oder die Abmessung der Bilddiagonale sein, insbesondere mindestens 10% größer. Die vergrößerte Kantenlänge erlaubt es auch bei leicht dejustierter Optik nicht zentrisch auf den Bildsensor fallende Bilder vollständig zu erfassen und anschließend elektronisch zu zentrieren. Bei einem Sensor ohne vergrößerte Kantenlänge würden dagegen diejenigen Bildinformationen, die wegen der Dezentrierung nicht mehr auf die Sensorfläche treffen, verloren gehen, so dass aufwändig für eine exakte Justierung der Optik gewährleistet werden müsste. Bei vergrößerter Sensorfläche kann der Justierungsaufwand dagegen geringer gehalten werden.
Im erfindungsgemäßen stereoskopischen optischen Beobachtungsgerät kann die binokulare Optik des Mitbeobachtersystems eingangsseitig jeweils wenigstens ein Umlenkprisma pro Stereokanal aufweisen, mit dem das jeweilige Strahlenbündel des rechten Mitbeobachter-Stereokanals bzw. des linken Mitbeobachter-Stereokanals um 90 Grad zur optischen Achse des vom physikalischen Strahlteiler ausgehenden Mitbeobachterstrahlengangs abgelenkt wird, um die Zahl der zu bewegenden Prismen auch dann möglichst gering zu halten, wenn die optische Achse der binokularen Optik einen Winkel zur optischen Achse des Mitbeobachterstrahlenbündels beim Austritt aus dem physikalischen Strahlteiler aufweist. Die beschriebenen Umlenkprismen der binokularen Optik sind jedoch nicht zwingend erforderlich. Wenn es der Bauraum zulässt bzw. sich eine entsprechende Anordnung/Form als vorteilhaft erweist, kann die binokulare Optik des Mitbeobachtersystems auch entlang der optischen Achse des aus dem physikalischen Strahlteiler heraustretenden Mitbeobachterstrahlenbündels angeordnet werden, so dass die Umlenkprismen entfallen können.
Wenn die binokulare Optik eingangsseitige Umlenkprismen aufweist, oder wenn die binokulare Optik des Mitbeobachtersystems entlang der optischen Achse des Mitbeobachterstrahlenbündels beim Austritt aus dem physikalischen Strahlteiler angeordnet ist, ist in der ersten Prismenkonfiguration für den ersten rechten Mitbeobachter-Stereokanal und den ersten linken Mitbeobachter-Stereokanal keine Strahlablenkung nötig. In diesem Fall kann die erste Prismenkonfiguration einen einfachen Aufbau aufweisen und lediglich aus einem Glaszylinder für den ersten rechten Mitbeobachter-Stereokanal und einem zweiten Glaszylinder für den ersten linken Mitbeobachter-Stereokanal bestehen, wobei der Glaszylinder für den ersten rechten Mitbeobachter-Stereokanal und der Glaszylinder für den ersten linken Mitbeobachter-Stereokanal die Position der Teilstrahlenbündel des ersten rechten Mitbeobachter-Stereokanals und des ersten linken Mitbeobachter-Stereokanals unverändert lassen. Die zweite Prismenkonfiguration besteht dann aus zwei einander gegenüberliegenden Prismen oder einem Rhomboid-Prisma für den zweiten rechten Mitbeobachter-Stereokanal und zwei einander gegenüberliegenden Prismen oder einem Rhomboid-Prisma für den zweiten linken Mitbeobachter-Stereokanal. Die zwei Prismen für den zweiten rechten Mitbeobachter-Stereokanal und die zwei Prismen für den zweiten linken Mitbeobachter-Stereokanal sind dabei jeweils derart relativ zueinander angeordnet und orientiert, dass sie die Position des Teilstrahlenbündels des zweiten rechten Mitbeobachter-Stereokanals bzw. des zweiten linken Mitbeobachter-Stereokanals derart verlagern, dass die zweite Stereobasis um 90° oder um 270° um die optische Achse des vom physikalischen Strahlteiler ausgehenden Mitbeobachterstrahlengangs gedreht wird. Nach dem Durchgang durch die Prismenkonfiguration, also beim Eintritt in binokulare Optik, haben die Stereobasen des ersten stereoskopischen Mitbeobachter-Strahlengangs und des zweiten stereoskopische Mitbeobachter-Strahlengangs dann dieselbe Orientierung im Mitbeobachtersystem. Bezüglich des Beobachtungsobjekts bleibt die Stereobasis des zweiten Mitbeobachterstrahlengangs dagegen um 90 ° bzw. 270° gegenüber der Stereobasis des ersten Mitbeobachterstrahlengangs gedreht. Die Glaszylinder der ersten Prismenkonfigurationen sind derart an die einander gegenüberliegenden Prismen oder die Rhomboid-Prismen der zweiten Prismenkonfiguration angepasst, dass die Glaszylinder einerseits und die einander gegenüberliegenden Prismen oder die Rhomboid-Prismen andererseits den gleichen Abstand vom großen Strahlteiler zur binokularen Optik des Mitbeobachtersystems überbrücken. Optional können die Glaszylinder zudem derart an die einander gegenüberliegenden Prismen oder die Rhomboid-Prismen der zweiten Prismenkonfiguration angepasst sein, dass die Teilstrahlenbündel im ersten stereoskopischen Mitbeobachter-Strahlengang dieselbe Glasstrecke zurücklegen wie die Teilstrahlenbündel im zweiten stereoskopischen Mitbeobachter-Strahlengang.
Alternativ kann die erste Prismenkonfiguration aus einem Glaszylinder sowie zwei einander gegenüberliegenden Prismen für den ersten rechten Mitbeobachter-Stereokanal und einem zweiten Glaszylinder sowie zwei einender gegenüberliegenden Prismen für den ersten linken Mitbeobachter-Stereokanal bestehen, wobei die zweite Prismenkonfiguration dann aus drei Prismen für den zweiten rechten Mitbeobachter-Stereokanal und drei Prismen für den zweiten linken Mitbeobachter-Stereokanal besteht. Der Glaszylinder sowie die zwei einander gegenüberliegenden Prismen für den zweiten linken Mitbeobachter-Stereokanal und der Glaszylinder sowie die zwei einander gegenüberliegenden Prismen für den zweiten rechten Mitbeobachter-Stereokanal sind jeweils derart relativ zueinander angeordnet und orientiert, dass sie den Abstand zwischen dem ersten rechten Mitbeobachter-Stereokanal und dem ersten linken Mitbeobachter-Stereokanal vergrößern und das Strahlenbündel des ersten rechten Mitbeobachter-Stereokanals sowie das Strahlenbündel des ersten linken Mitbeobachter-Stereokanals um 90 Grad zur optischen Achse des vom physikalischen Strahlteiler ausgehenden Mitbeobachterstrahlengangs ablenken. Die drei Prismen für den zweiten rechten Mitbeobachter-Stereokanal und die drei Prismen für den zweiten linken Mitbeobachter-Stereokanal sind jeweils derart relativ zueinander angeordnet und orientiert, dass sie die Positionen der Teilstrahlenbündel des zweiten rechten Mitbeobachter-Stereokanals bzw. des zweiten linken Mitbeobachter-Stereokanals jeweils derart verlagern, dass die zweite Stereobasis um 90° oder um 270° um die optische Achse des vom physikalischen Strahlteiler ausgehenden Mitbeobachter-Strahlengangs gedreht wird, der Abstand zwischen dem zweiten rechten Mitbeobachter-Stereokanal und dem zweiten linken Mitbeobachter-Stereokanal vergrößert wird und das Strahlenbündel des zweiten rechten Mitbeobachter-Stereokanals sowie das Strahlenbündel des zweiten linken Mitbeobachter-Stereokanals um 90 Grad zur optischen Achse des vom physikalischen Strahlteiler ausgehenden Mitbeobachter-Strahlengangs abgelenkt wird. In dieser Ausgestaltung ist bei einer seitlichen Mitbeobachtung keine elektronische Drehung der Bilder um 90 Grad oder 270 Grad nötig.
Das erfindungsgemäße stereoskopische optische Beobachtungsgerät kann insbesondere als Operationsmikroskop ausgebildet sein.
Weitere Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren.
1 zeigt schematisch die Beobachterpupillen und die stereoskopischen Beobachtungsstrahlengänge für einen Haupt- und einen Mitbeobachter in einer Face-to-Face-Positionierung.
2 zeigt schematisch die Beobachtungspupillen und die stereoskopischen Beobachtungsstrahlengänge für Haupt- und Mitbeobachter in einer ersten Variante der seitlichen Positionierung von Mitbeobachtern.
3 zeigt schematisch die Beobachtungspupillen und die stereoskopischen Beobachtungsstrahlengänge von Haupt- und Mitbeobachter in einer zweiten Variante der seitlichen Mitbeobachtung.
4 zeigt ein erfindungsgemäßes stereoskopisches optisches Beobachtungsgerät mit einer Prismenanordnung in einer ersten Konfiguration.
5 zeigt das stereoskopische optische Beobachtungsgerät aus 4 mit der Prismenanordnung in einer zweiten Prismenkonfiguration.
6 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäß ausgestaltetes Operationsmikroskop.
7 zeigt die Strahlauskopplung für einen Mitbeobachterstrahlengang des Operationsmikroskops zusammen mit einer ersten Prismenkonfiguration der Prismenanordnung in einer perspektivischen Darstellung.
8 zeigt die Strahlauskopplung und die Prismenanordnung aus 7 in einer Ansicht entlang der optischen Achse des Mitbeobachterstrahlengangs zwischen Strahlteiler und Prismenanordnung.
9 zeigt die Strahlauskopplung und die Prismenkonfiguration aus 7 in einer Ansicht entlang der optischen Achse der im Mitbeobachterstrahlengang auf die Prismenkonfiguration folgenden binokularen Optik.
10 zeigt die Strahlauskopplung und die Prismenkonfiguration in einer sowohl zur Ansicht aus 8 als auch zur Ansicht aus 9 senkrechten Ansicht.
11 zeigt schematisch Strahlauskopplung und die Prismenkonfiguration mit einer schematischen Darstellung der Bildorientierung an den jeweiligen Eintrittsflächen, Austrittsflächen und Reflexionsflächen der Prismenanordnung.
12 zeigt das Operationsmikroskop aus 6 mit der Prismenanordnung in einer zweiten Prismenkonfiguration.
13 zeigt die Strahlauskopplung und die zweite Prismenkonfiguration in einer perspektivischen Ansicht.
14 zeigt die Strahlauskopplung und die zweite Prismenkonfiguration in einer Ansicht entlang der optischen Achse des Mitbeobachterstrahlengangs zwischen Strahlteiler und Prismenanordnung.
15 zeigt die Strahlauskopplung und die Prismenkonfiguration aus 13 in Richtung der optischen Achse der im Mitbeobachterstrahlengang auf die Prismenkonfiguration folgenden binokularen Optik.
16 zeigt die Strahlauskopplung und die zweite Prismenkonfiguration in einer sowohl zur Ansicht aus 14 als auch zur Ansicht aus 15 senkrechten Ansicht.
17 zeigt die Strahlauskopplung und die Prismenkonfiguration aus 13 mit einer schematischen Darstellung der Bildorientierung an den Eintrittsflächen, Austrittsflächen und Reflexionsflächen der zweiten Prismenkonfiguration.
18 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäß ausgestaltetes Operationsmikroskop.
19 zeigt die Strahllauskopplung und die Prismenanordnung des Operationsmikroskops aus 18 mit der Prismenanordnung in einer ersten Prismenkonfiguration in einer perspektivischen Ansicht.
20 zeigt die Strahlauskopplung und die Prismenkonfiguration aus 19 in einer Ansicht entlang der optischen Achse des Mitbeobachterstrahlengangs zwischen Strahlteiler und Prismenanordnung.
21 zeigt die Strahlauskopplung und die erste Prismenkonfiguration in einer Ansicht entlang der optischen Achse der im Mitbeobachterstrahlengang auf die Prismenkonfiguration folgenden binokularen Optik.
22 zeigt die Strahlauskopplung und die erste Prismenkonfiguration in einer sowohl zur Ansicht aus 20 als auch zur Ansicht aus 21 senkrechten Ansicht.
23 zeigt die Strahlauskopplung und die Prismenkonfiguration aus 18 zusammen mit der Bildorientierung an den Eintrittsflächen, Austrittsflächen und Reflexionsflächen der Prismenkonfiguration.
24 zeigt das Operationsmikroskop aus 18 mit der Prismenanordnung in einer zweiten Prismenkonfiguration.
25 zeigt die Strahlauskopplung und die Prismenanordnung in der zweiten Prismenkonfiguration in einer perspektivischen Ansicht.
26 zeigt die Strahllauskopplung und die Prismenkonfiguration aus 25 in einer Ansicht entlang der optischen Achse des von der Strahlauskopplung ausgekoppelten Mitbeobachterstrahlengangs zwischen Strahlteiler und Prismenanordnung.
27 zeigt die Strahlauskopplung und die Prismenanordnung in der zweiten Prismenkonfiguration in einer Ansicht entlang der optischen Achse der im Mitbeobachterstrahlengang auf die Prismenkonfiguration folgenden binokularen Optik.
28 zeigt die Strahlauskopplung und die Prismenkonfiguration aus 25 in einer sowohl zur Ansicht aus 26 als auch zur Ansicht aus 27 senkrechten Ansicht.
29 zeigt die Strahlauskopplung und die Prismenkonfiguration aus 25 zusammen mit der Bildorientierung an den Eintrittsflächen, Austrittsflächen und Reflexionsflächen der Prismenkonfiguration.
Ein Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes stereoskopisches optisches Beobachtungsgerät ist schematisch in den 4 und 5 dargestellt. Während 4 das stereoskopische optische Beobachtungsgerät mit einer im Mitbeobachtersystem angeordneten Prismenanordnung in einer ersten Prismenkonfiguration zeigt, zeigt 5 das stereoskopische optische Beobachtungsgerät mit der Prismenanordnung im Mitbeobachtersystem in einer zweiten Prismenkonfiguration. Das stereoskopische optische Beobachtungsgerät ist hierbei als Mikroskop ausgebildet und kann insbesondere als Operationsmikroskop ausgebildet sein.
Das in den 4 und 5 dargestellte stereoskopische optische Beobachtungsgerät umfasst ein Hauptobjektiv 1, das im vorliegenden Ausführungsbeispiel durch eine einzelne Linse angedeutet ist. In der Regel wird diese Linse eine aus zwei oder mehr Linsen zusammengesetzte Linse sein, um Farbfehler ausgleichen zu können. Mit einer derartigen zusammengesetzten Einzellinse sind beispielsweise Mikroskope ausgestattet, die einen festen Arbeitsabstand vom Beobachtungsobjekt, d. h. eine feste Schnittweite, besitzen. Soll die Schnittweite variable sein, so umfasst das Hauptobjektiv wenigstens zwei Linsen, von denen eine als Positivlinse und die andere als Negativlinse ausgebildet ist und die relativ zueinander verschiebbar sind. Auf diese Weise kann die Objektschnittweite – und damit der Arbeitsabstand des Mikroskops vom Objekt – durch Verschieben der beiden Linsen relativ zueinander verändert werden. Auch die Linsen eines derart ausgebildeten Hauptobjektivs können zusammengesetzte Linsen sein. Ebenso besteht die Möglichkeit, die Linsen durch Linsengruppen zu ersetzen.
Dem Hauptobjektiv 1 bildseitig nachgeordnet befindet sich im stereoskopischen optischen Beobachtungsgerät ein großer Strahlteiler 3, der aus dem Hauptbeobachterstrahlengang, welcher den Strahlteiler ohne Ablenkung passiert, einen Mitbeobachterstrahlengang auskoppelt, der den Strahlteiler 3 im vorliegenden Ausführungsbeispiel um 90 Grad zur optischen Achse des Hauptobjektivs 1 abgelenkt verlässt. Der große Strahlteiler 3 ist dabei so groß, dass aus dem von ihm ausgekoppelten Beobachtungsstrahlenbündel stereoskopische Teilstrahlenbündel selektiert werden können, deren Durchmesser und deren Stereobasis dem Durchmesser und der Stereobasis des stereoskopischen Teilstrahlenbündel des Hauptbeobachter entsprechen und deren Stereobasis eine beliebige Orientierung in einer zur optischen Achse des ausgekoppelten Strahlenbündels senkrechten Ebene einnehmen kann. Im vorliegenden Beispiel ist der große Strahlteiler 3 als Strahlteilerprisma ausgebildet, er kann jedoch auch als teildurchlässiger Spiegel ausgebildet sein.
Im Hauptbeobachterstrahlengang folgt auf den großen Strahlteiler 3 eine binokulare Optik 5, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Zoomsystem 7 zum Verändern des Vergrößerungsfaktors sowie einen optischen binokularen Tubus 9 umfasst. Statt des Zoomsystems kann zum Wechsel der Vergrößerung auch ein sogenannter Galileiwechsler vorhanden sein. Ein Galileiwechsler weist eine Anzahl fester Linsenkombinationen auf, die wahlweise in den Beobachtungsstrahlengang eingebracht werden können. Jede der Linsenkombinationen führt dabei zu einem anderen Vergrößerungsfaktor. Ein Zoomsystem ist jedoch bevorzugt, da sich damit der Vergrößerungsfaktor stufenlos variieren lässt, wohingegen ein Galileiwechsel lediglich ein Wechsel der Vergrößerung in verschiedenen vorgegebenen Stufen ermöglicht. Auch der rein optische binokulare Tubus 9 ist nicht zwingend notwendig. Stattdessen kann auch ein elektronischer Tubus vorhanden sein, in dem das Beobachtungsbild mittels eines stereoskopischen Aufnahmesystems aufgenommen wird. Ein solches weist in der Regel zwei Bildsensoren auf, um das rechte und das linke Teilbild des Stereobildes getrennt aufzunehmen. Die Darstellung erfolgt dann mittels eines elektronischen Einblicks, beispielsweise einer Vorrichtung mit zwei getrennten Displays, von denen das eine das linke Teilbild und das andere das rechte Teilbild dargestellt.
Im Mitbeobachterstrahlengang folgt auf den großen Stahlteiler 3 bildseitig eine Prismenanordnung mit zwei Prismenkonfiguration 11A, 11B. Die Prismenanordnung 11 ist in 4 in einer ersten Stellung gezeigt, in der sich die erste Prismenkonfiguration 11A im Mitbeobachterstrahlengang befindet. In der in 5 gezeigten Position der Prismenanordnung befindet sich dagegen die zweite Prismenkonfiguration 11B im Mitbeobachterstrahlengang.
Im vorliegenden Ausführungsbespiel ist die optische Achse des Mitbeobachtersystems parallel zur optischen Achse des Hauptobjektivs 1 angeordnet. Das vom Stahlteiler 3 ausgekoppelte Mitbeobachterstrahlenbündel verlässt den Strahlteiler 3 dagegen in einem Winkel von 90 Grad zur optischen Achse des Hauptobjektivs 1. An die Prismenanordnung 11 schließt sich im Mitbeobachterstrahlengang bildseitig daher für jeden stereoskopischen Teilstrahlengang ein Umlenkprisma 15 an, das den jeweiligen Teilstrahlengang um 90 Grad ablenkt und an das sich dann wiederum ein Zoomsystem 17 und eine Kamera 19 anschließen. Das Umlenkprisma 15 kann jedoch entfallen, wenn die binokulare Optik des Mitbeobachtersystems entlang der optischen Achse des Mitbeobachterstrahlenbündels beim Austritt aus dem physikalischen Strahlteiler angeordnet wird. Wie beim Hauptbeobachterstrahlengang kann das Zoomsystem auch durch einen Galileiwechsler ersetzt werden. Die beiden Kameras 19 bilden zusammen ein stereoskopisches Aufnahmesystem, in dem für jeden stereoskopischen Teilstrahlengang eine eigene Kamera oder ein eigener Kamerachip vorhanden ist. Grundsätzlich besteht jedoch auch die Möglichkeit, eine einzige Kamera zu verwenden, die einen Bildsensor aufweist, auf dem die beiden stereoskopischen Teilbilder nebeneinander abgebildet werden können. Ebenso besteht grundsätzlich die Möglichkeit, die beiden stereoskopischen Teilbilder zeitsequenziell aufzunehmen, sofern die Ausleserate des Bildsensors hoch genug ist, um dem Mitbeobachter ein flimmerfreies stereoskopisches Beobachtungsbild bereitstellen zu können. Bei einer zeitsequenziellen Aufnahme der stereoskopischen Teilbilder wäre der Kamera noch eine optische Anordnung vorgelagert, welche die beiden stereoskopischen Teilstrahlengänge wechselweise dem Bildsensor zuführt.
Zum Betrachten des von den Kameras 19 aufgenommenen stereoskopischen Bildes dient im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Head-Mounted Display, das getrennte Displays für das rechte und das linke Betrachterauge besitzt. Statt eines Head-Mounted Displays kann auch ein elektronischer Einblick vorhanden sein, der derart am Mikroskop angebracht ist, dass er sich zumindest von einer Face-to-Face-Position für den Mitbeobachter in eine seitliche Position des Mitbeobachters verlagern lässt.
Dieser elektronische Einblick würde ebenfalls zwei Displays zum getrennten Darstellen des linken und des rechten stereoskopischen Teilbildes aufweisen. Grundsätzlich besteht aber wie beim stereoskopischen Aufnahmesystem auch beim elektronischen Einblick die Möglichkeit, das rechte und das linke stereoskopische Teilbild zeitsequenziell darzustellen, wobei dann eine geeignete Optik vorhanden sein muss, die das vom Display generierte Bild wechselweise einem rechten und einem linken Darstellungsstrahlengang zuführt.
Wie bereits erwähnt, weist die Prismenanordnung 11 eine erste Prismenkonfiguration 11A und eine zweite Prismenkonfiguration 11B auf. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel besteht die erste Prismenkonfiguration 11A lediglich aus zwei Glaszylindern, je einem für den rechten und den linken stereoskopischen Teilstrahlengang. Die Glaszylinder selektieren aus dem großen ausgekoppelten Mitbeobachterstrahlenbündel ein rechtes Teilstrahlenbündel für einen rechten Mitbeobachter-Stereokanal und ein linkes Teilstrahlenbündel für einen linken Mitbeobachter-Stereokanal. Im Übrigen lassen sie die stereoskopischen Teilstrahlenbündel ohne Ablenkung in Richtung auf die Umlenkprismen 15 der binokularen Optik 13 passieren. Bei der in 4 in den Mitbeobachterstrahlengang eingebrachten Prismenkonfigurationen 11A werden stereoskopische Teilstrahlenbündel selektiert, die eine Stereobasis mit einer ersten Orientierung aufweisen. Die Stereobasis verläuft in der in 4 gezeigten Darstellung senkrecht zur Bildebene, sodass die beiden Glaszylinder der Prismenanordnung 11A in Blickrichtung der 4 hintereinander liegen.
Wenn die zweite Prismenkonfiguration 11B in den Mitbeobachterstrahlengang eingebracht ist, wie dies in 5 dargestellt ist, selektiert diese Prismenkonfiguration ebenfalls zwei stereoskopische Teilstrahlenbündel aus dem großen Strahlenbündel des Mitbeobachterstrahlengangs. Jedoch ist die Stereobasis dieser beiden stereoskopischen Teilstrahlenbündel in einer zur optischen Achse des ausgekoppelten großen Mitbeobachter-Strahlenbündels senkrechten Ebene gegenüber der Stereobasis der von der ersten Prismenkonfiguration 11A selektierten stereoskopischen Teilstrahlenbündel gedreht. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel beträgt der Drehwinkel 90 Grad, sodass die von der zweiten Prismenanordnung 11B selektierten stereoskopischen Teilstrahlenbündel beim Eintritt in die zweite Prismenkonfiguration 11B übereinander angeordnet sind, wie dies in 5 dargestellt ist. Mittels einer Anzahl von reflektierenden Prismen wird die Orientierung der Stereobasis durch die zweite Prismenkonfiguration 11B dann so gedreht, dass sie bei Austritt aus der zweiten Prismenkonfiguration 11B der Orientierung der Stereobasis der von der ersten Prismenkonfiguration 1A selektierten stereoskopischen Teilstrahlenbündel entspricht. Hierbei ist zu beachten, dass bezüglich des Objektfeldes die Stereobasis der beiden mit der zweiten Prismenkonfiguration 11B selektierten stereoskopischen Teilstrahlenbündel im Vergleich zu der Stereobasis der beiden mit der ersten Prismenkonfiguration 11A selektierten stereoskopischen Teilstrahlenbündel weiterhin um den ursprünglichen Winkel (im vorliegenden Beispiel 90 Grad) verdreht bleibt. Auf diese Weise können die von der zweiten Prismenkonfiguration 11B selektierten stereoskopischen Teilstrahlenbündel denselben Prismen 15 der binokularen Optik 13 zugeführt werden wie die von der ersten Prismenkonfiguration 11A selektierten stereoskopischen Teilstrahlenbündel. Dadurch wird ermöglicht, dass die binokulare Optik 13, also die Prismen 15, das Zoomsystem 17 und die Kameras 19 im stereoskopischen optischen Beobachtungsgerät relativ zum großen Strahlteiler 3 unbeweglich angeordnet sein können. Ein Positionswechsel des Mitbeobachters von einer Face-to-Face-Position in eine seitliche Position oder umgekehrt erfordert daher kein Verlagern der binokularen Optik 13 im Mitbeobachterstrahlengang, sondern lediglich ein Verlagern der weniger Bauraum beanspruchenden Prismenanordnung 11. Auf diese Weise braucht kein Raum für das Verlagern der binokularen Optik vorgehalten werden bzw. es braucht keine Behinderung des Mitbeobachters durch das Verlagern der binokularen Optik befürchtet werden.
Obwohl mit Bezug auf die 4 und 5 nur zwei Prismenkonfigurationen 11A, 11B beschrieben worden sind, mit denen den Kameras 19 des stereoskopischen Aufnahmesystems stereoskopische Teilstrahlengänge zugeführt werden können, deren Stereobasen im Objektfeld um 90 Grad relativ zueinander verdreht sind, können auch weitere Prismenkonfigurationen vorhanden sein, welche Teilstrahlenbündel aus dem großen Mitbeobachter-Strahlenbündel selektieren, deren Stereobasen im Objektfeld um andere Drehwinkel relativ zueinander verdreht sind. Grundsätzlich erlaubt das Auskoppeln des großen Mitbeobachter-Strahlenbündels aus dem Hauptbeobachterstrahlengang mit einer geeigneten Prismenanordnung stereoskopische Teilstrahlenbündel mit jeder beliebigen Orientierung in einer zur optischen Achse des großen Mitbeobachterstrahlenbündels senkrechten Ebene auszukoppeln. Mit einer geeigneten Anzahl an in den Mitbeobachterstrahlengang einbringbaren Prismenkonfigurationen kann daher eine hohe Flexibilität in der Orientierung des stereoskopischen Mitbeobachterbildes relativ zum stereoskopischen Hauptbeobachterbild realisiert werden.
Nachfolgend werden mit Bezug auf die 6 bis 29 konkrete Ausführungsbeispiele für erfindungsgemäße stereoskopische optische Beobachtungsgeräte und deren Prismenanordnungen beschrieben. Die konkreten Ausführungsbeispiele zeigen jeweils ein Operationsmikroskop mit einem Hauptbeobachterstrahlengang und einem Mitbeobachterstrahlengang für einen Assistenten. Der Assistent kann dabei bei Verwendung einer ersten Prismenkonfiguration der Prismenanordnung eine Face-to-Face-Position einnehmen und bei Verwendung einer zweiten Prismenanordnung der Prismenanordnung eine seitliche Position.
Die 6 bis 17 zeigen ein erstes erfindungsgemäß ausgestaltetes Operationsmikroskop bzw. den großen Strahlteiler und die Prismenanordnung des Operationsmikroskops.
6 zeigt das Operationsmikroskop mit seinem Hauptobjektiv 101, welches im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Varioskopobjektiv ausgebildet ist, sodass sich die Objektschnittweite – und damit der Arbeitsabstand – des Operationsmikroskops variieren lässt. Dem Hauptobjektiv 101 objektseitig vorgelagert befindet sich ein Ablenkspiegel 102. Dieser ermöglich die waagerechte Anordnung des Hauptobjektivs wodurch sich die Bauhöhe des Operationsmikroskops im Vergleich zu einer senkrechten Anordnung des Hauptobjektivs verringern lässt. Den objektseitigen Abschluss des Operationsmikroskops bildet eine Glasplatte 104, die das Operationsmikroskop vor dem Eindringen von Fremdkörpern schützt. Das Gehäuse, in dem sich die in den Figuren dargestellten optischen Komponenten befinden, ist nicht dargestellt.
Dem Hauptobjektiv bildseitig nachgeordnet befindet sich der große Strahlteiler 103, der im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Strahlteilerprisma ausgebildet ist. Im Unterschied zu dem in den 4 und 5 gezeigten Ausführungsbeispiel für das erfindungsgemäße stereoskopische optische Beobachtungsgerät ist das in 6 dargestellte Operationsmikroskop derart konfiguriert, dass der Mitbeobachterstrahlengang das Strahlteilerprisma 103 ohne Ablenkung passiert, wohingegen der Hauptbeobachterstrahlengang um etwa 120 Grad abgelenkt wird.
Der Hauptbeobachterstrahlengang tritt nach dem Austritt aus dem Strahlteilerprisma 103 in die dem Strahlteilerprisma bildseitig nachgeordnete binokulare Optik des Hauptbeobachterstrahlengangs 105 ein. Diese ist mit einem Zoomsystem 107 und einem Binokulartubus (in der Figur nicht dargestellt) ausgestattet. Zwischen dem Zoomsystem 107 und dem Binokulartubus ist zudem noch eine Filtervorrichtung 108 angeordnet, mit der auf Filterrädern angeordnete Filter in die jeweiligen stereoskopischen Teilstrahlengänge eingeführt werden können.
Der das Strahlteileprisma 103 ohne Ablenkung passierende Mitbeobachterstrahlengang wird der bildseitig vom Strahlteilerprisma 103 angeordneten Prismenanordnung zugeführt. 6 zeigt das Operationsmikroskop mit der ersten Prismenkonfiguration 111A der Prismenanordnung im Mitbeobachterstrahlengang. Wie mit Bezug auf die 4 und 5 beschrieben worden ist, selektiert die Prismenkonfiguration zwei stereoskopische Teilstrahlenbündel, nämlich ein linkes und ein rechtes stereoskopische Teilstrahlenbündel, aus dem horizontal verlaufenden großen Strahlenbündel des Mitbeobachterstrahlengangs. Die stereoskopischen Teilstrahlenbündel weisen im Falle der ersten Prismenkonfiguration eine Stereobasis auf, die senkrecht zur optischen Achse des großen Strahlenbündels des Mitbeobachterstrahlengangs in einer horizontalen Ebene verläuft. Hierbei sei angemerkt, dass sich die Bezugnahmen auf Richtungen wie „horizontal“ oder „vertikal“ auf die in den 6 bis 29 gezeigte Orientierung der Operationsmikroskope beziehen. Falls sich die Orientierung der Operationsmikroskope ändert, ändern sich entsprechend auch die Orientierungen der hier als „horizontal“ und „vertikal“ bezeichneten Richtungen.
Nachdem Durchtritt durch die erste Prismenkonfiguration 111A sind die stereoskopischen Teilstrahlenbündel derart abgelenkt, dass sie statt horizontal nunmehr vertikal verlaufen, wobei jedoch die Orientierung der Stereobasis unverändert bleibt. In vertikaler Richtung werden sie dann zuerst dem Zoomsystem 117 der binokularen Optik 113 zugeführt. Nach dem Austritt aus dem Zoomsystem werden sie mittels Umlenkprismen 118, 118‘ so abgelenkt, dass sie parallel zu den stereoskopischen Teilstrahlenbündeln des Hauptbeobachterstrahlengangs verlaufen. Schließlich werden die stereoskopischen Teilstrahlenbündel des Mitbeobachterstrahlengangs den Kameras 119, 119‘ zugeführt, wo die Bildinformationen digitalisiert und anschließend einem nicht dargestellten digitalen Einblick oder einem Head-Mounted Display zur Anzeige zugeführt werden.
Die erste Prismenanordnung des in 6 dargestellten Operationsmikroskops wird nun mit Bezug auf die 7 bis 11 näher erläutert. Die Prismenanordnung 111A umfasst für den rechten Stereokanal und den linken Stereokanal jeweils einen Glaszylinder 121, 121‘, durch den das linke Teilstrahlenbündel bzw. das rechte Teilstrahlenbündel ohne Ablenkung hindurchtreten. Den Glaszylindern 121, 121‘ bildseitig nachgeordnet befinden sich zwei Umlenkprismen 123, 123‘, die die Teilstrahlenbündel innerhalb der Horizontalen um 90 Grad in diametral entgegengesetzte Richtungen ablenken. Nach der Ablenkung durch die ersten Umlenkprismen 123, 123‘ werden die beiden stereoskopischen Teilstrahlenbündel jeweils einem weiteren Umlenkprisma 125, 125‘ zugeführt, welches sie aus der Horizontalen um 90 Grad in die Vertikale ablenkt, wobei beide Teilstrahlenbündel nach der Ablenkung in dieselbe Richtung verlaufen. Eine aus einem ersten Umlenkprisma 123 bzw. 123’ und einem weiteren Umlenkprisma 125 bzw. 125’ bestehende Prismenkombination erfüllt dabei im Wesentlichen die Funktion eines halben Porroprismas 2. Art.
Durch die zweimalige Reflexion der Teilstrahlenbündel wird die Bildausrichtung verändert. Die Bildausrichtung an den Eintritts- und Austrittsflächen sowie an den Reflexionsflächen der Prismen ist in 11 dargestellt. Hierbei ist die Bildorientierung für den rechten Teilstrahlengang durch ein „R“ angedeutet, die für den linken Teilstrahlengang durch ein „L“. Es ist zu erkennen, dass die Bildausrichtung beim Austritt aus der Prismenkonfiguration gegenüber der Bildausrichtung beim Eintritt in die Prismenkonfiguration um 90 Grad gedreht ist. Diese Drehung wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel dadurch kompensiert, dass die Bildsensoren der Kameras 19 in der entsprechenden Orientierung eingebaut sind. Darüber hinaus weisen die Kameras eine elektronische Funktion zur Bildspiegelung auf, deren Bedeutung später erläutert wird.
In 12 ist wieder das Operationsmikroskop aus 6 dargestellt, wobei sich jedoch nunmehr die zweite Prismenkonfiguration 111B im Mitbeobachterstrahlengang befindet. Im Übrigen unterscheidet sich 12 nicht von 6. Die zweite Prismenkonfiguration wird nachfolgend mit Bezug auf die 13 bis 17, die den großen Strahlteiler 103 und die zweite Prismenkonfiguration 111B zeigen, näher erläutert. Die zweite Prismenkonfiguration 111B selektiert aus dem horizontal verlaufenden großen Mitbeobachterstrahlenbündel zwei stereoskopische Teilstrahlenbündel, die übereinander angeordnet sind, so dass die Stereobasis dieser beiden Teilstrahlenbündel in einer zur optischen Achse des großen Mitbeobachterstrahlenbündels senkrechten Ebene vertikal verläuft. Gegenüber der Orientierung der Stereobasis der von der ersten Prismenkonfiguration selektierten Teilstrahlenbündel ist diese Stereobasis daher um 90 Grad oder 270 Grad gedreht, so dass auch die Blickrichtung auf das Objektfeld um 90 Grad bzw. 270 Grad gedreht ist. Je stereoskopischem Teilstrahlengang umfasst die zweite Prismenkonfiguration 11B drei Umlenkprismen 127, 129, 131 bzw. 127’, 129’, 131’, die das entsprechende Teilstrahlenbündel insgesamt jeweils aus dem horizontalen Verlauf in einen vertikalen Verlauf ablenken.
Die ersten Umlenkprismen 127, 127‘ der zweiten Prismenkonfiguration lenken die selektierten Teilstrahlenbündel aufgrund ihrer Orientierung jeweils derart ab, dass sie bei Austritt aus den ersten Umlenkprismen 127, 127‘ in entgegengesetzter Richtung jeweils in einer Ebene verlaufen, welche die horizontale Ebene in einer zur optischen Achse des großen Strahlenbündels des Mitbeobachterstrahlengangs parallelen Linie schneidet und die in einem Winkel zur horizontalen Ebene verläuft. Die Ebenen, in denen die beiden Teilstrahlenbündel nach dem Austritt aus den ersten Umlenkprismen 127, 127‘ verlaufen sind dabei parallel zueinander und weisen einen Abstand voneinander auf.
Von den zweiten Umlenkprismen 129, 129‘ werden die beiden Teilstrahlenbündel dann derart um 90 Grad abgelenkt, dass sie wieder parallel zur optischen Achse des großen Strahlenbündels des Mitbeobachterstrahlengangs verlaufen. Zudem sind die zweiten Umlenkprismen 129, 129‘ mit Bezug auf die ersten Umlenkprismen 127, 127‘ derart orientiert, dass die von ihnen abgelenkten Teilstrahlbündel nach dem Durchtritt durch die zweiten Umlenkprismen 129, 129‘ in einer horizontalen Ebene verlaufen. Dadurch ist ihre Stereobasis im Vergleich zur Stereobasis vor dem Eintritt in die ersten Umlenkprismen um 90 Grad bzw. 270° gedreht, wobei jedoch die Stereobasis bezüglich des Objektfeldes nicht verändert wurde. Die aus den Umlenkprismen 127 und 129 bestehende Prismenkombination und die aus den Umlenkprismen 127’ und 129’ bestehende Prismenkombination entsprechen in ihrer Wirkung jeweils einem Rhomboid- oder Rhombus-Prisma. Sie können entsprechend auch durch ein solches Rhomboid- oder Rhombus-Prisma ersetzt werden.
Die in der horizontalen Ebene verlaufenden stereoskopischen Teilstrahlenbündel werden schließlich mittels der dritten Umlenkprismen 131, 131‘ um 90 Grad abgelenkt, sodass sie nunmehr in einer Ebene, deren Flächennormale zur optischen Achse des großen Mitbeobachterstrahlenbündels parallel ausgerichtet ist, vertikal verlaufen. Die aus den dritten Umlenkprismen austretenden Teilstrahlenbündel können dann in die binokulare Optik 113 eintreten.
17 zeigt die Bildorientierung beim Eintritt in die ersten Prismen der zweiten Prismenkonfiguration 11B, bei der Reflektion an den jeweiligen Reflexionsflächen und beim Austritt aus den dritten Prismen 131, 131‘ der zweiten Prismenkonfiguration 111B. Hierbei ist die Bildorientierung für den rechten Teilstrahlengang durch ein „R“ angedeutet, die für den linken Teilstrahlengang durch ein „L“. Vergleicht man die Bildorientierung der Teilstrahlengänge beim Austritt aus den dritten Prismen 131, 131‘ der zweiten Prismenkonfiguration 111B mit der Bildorientierung beim Austritt aus den zweiten Umlenkprismen 125, 125‘ der ersten Prismenkonfiguration 111A, so erkennt man, dass die Bildorientierung der Teilstrahlengänge beim Austritt aus den dritten Prismen 131, 131‘ der zweiten Prismenkonfiguration der Bildorientierung der Teilstrahlengänge beim Austritt aus den zweiten Umlenkprismen 125, 125‘ der ersten Prismenkonfiguration 111A entspricht. Allerdings sind die Bilder der zweiten Prismenkonfiguration 111B gegenüber den Bildern der ersten Prismenkonfiguration 111A an einer durch die Bildmitte verlaufenden Spiegelachse gespiegelt. Um diese Spiegelung zu kompensieren, sind die Kameras 119, 119‘ mit einer elektronischen Bildspiegeleinheit ausgestattet, welche die digitalen Bilder elektronisch spiegeln kann, um sie in den ungespiegelten Zustand zurückzuversetzen.
In dem in den 6 bis 17 dargestellten Operationsmikroskop sind die beiden Prismenkonfigurationen auf nicht dargestellten getrennten Trägern angeordnet, die wechselweise in das Operationsmikroskop eingesetzt werden können. Alternativ besteht auch die Möglichkeit, die Prismenkonfigurationen auf einem gemeinsamen Träger anzuordnen, der in zwei unterschiedlichen Orientierungen in das Operationsmikroskop eingesetzt werden kann. Auch ein horizontal verschiebbarer Träger, auf dem die beiden Prismenkonfigurationen nebeneinander angeordnet sind, ist möglich.
Obwohl das gerade beschriebene Ausführungsbeispiel anhand konkreter optischer Elemente in konkreten Orientierungen beschrieben worden ist, erkennt der Fachmann, dass von den beschriebenen Orientierungen auch abgewichen werden kann und dass einzelne optische Elemente auch durch andere optische Elemente ersetzt werden können. Beispielsweise können die ersten und zweiten Umlenkprismen 127, 127‘ bzw. 129, 129‘ der zweiten Prismenkonfiguration 111B statt als individuelle Prismen als ein einziges Rhomboidprisma ausgeführt sein. Ebenso ist es nicht notwendig, dass die Stereobasis der von der zweiten Prismenkonfiguration 111B selektierten stereoskopischen Teilstrahlenbündel im Winkel von 90 Grad oder 270 Grad zur Stereobasis der von der ersten Prismenkonfiguration selektierten stereoskopischen Teilstrahlenbündel verläuft. Außerdem können beispielsweise die Filterräder weggelassen werden oder die Kameras 119, 119‘ können ohne Zwischenschaltung von Prismen auf das Zoomsystem folgen. Die in den 6 und 12 dargestellte Anordnung ist jedoch insofern von Vorteil, als dass damit eine kompakte Bauweise des Operationsmikroskops realisiert werden kann.
Ein zweites konkretes Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes stereoskopisches optisches Beobachtungsgerät ist in den 18 bis 29 dargestellt. Auch dieses konkrete Ausführungsbeispiel ist wie das erste konkrete Ausführungsbeispiel als Operationsmikroskop ausgeführt. Während die 18 bis 23 das Operationsmikroskop mit einer ersten in den Mitbeobachterstrahlengang eingebrachten Prismenkonfiguration 211A der Prismenanordnung zeigen, zeigen die 24 bis 29 das Operationsmikroskop mit einer zweiten in den Mitbeobachterstrahlengang eingebrachten Prismenkonfiguration 211B.
Das in 18 gezeigte Operationsmikroskop weist im Wesentlichen dieselben Komponenten wie das mit Bezug auf die 6 und 12 beschriebene Operationsmikroskop auf. Lediglich die Anordnung einiger optischer Komponenten im Mitbeobachterstrahlengang und die Prismenanordnung unterscheiden sich von der Anordnung der entsprechenden optischen Komponenten und der Prismenanordnung in dem in den 6 und 12 dargestellten Operationsmikroskop. Insbesondere unterscheidet sich der Hauptbeobachterstrahlengang des in 18 dargestellten Operationsmikroskops nicht von dem in den 6 und 12 dargestellten Operationsmikroskop. Gleiches gilt für das Hauptobjektiv 101, die das Operationsmikroskop zum Objekt hin abschließende Glasplatte 104, den zwischen der Glasplatte 104 und dem Hauptobjektiv 101 angeordneten Spiegel 102 sowie den großen Strahlteiler 103, mit dessen Hilfe der Mitbeobachterstrahlengang aus dem Hauptbeobachterstrahlengang ausgekoppelt wird. Diese Elemente sind in den 18 bis 29 mit denselben Bezugsziffern wie in den 6 bis 17 bezeichnet und werden nicht noch einmal erläutert, um Wiederholungen zu vermeiden.
In dem in den 18 bis 29 dargestellten Operationsmikroskop weist die binokulare Optik 213 des Mitbeobachtersystems zwei in Bezug auf den die nachfolgenden Elemente des Mitbeobachtersystems ortsfest angeordnete Eingangsprismen in Form von Umlenkprismen 212, 212‘ auf, die sich bildseitig an die Prismenanordnung anschließen. Diesen Eingangsprismen 212, 212‘, von denen jeder stereoskopische Teilstrahlengang eines beinhaltet, lenken Teilstrahlenbündel, die in einer horizontalen Ebene parallel zur optischen Achse des großen Strahlbündels des Mitbeobachterstrahlengangs verlaufen, derart um 90 Grad ab, dass die entsprechenden Teilstrahlenbündel dann in einer vertikalen Ebene verlaufen, deren Flächennormale zur optischen Achse des großen Strahlenbündels parallel verläuft.
An die beiden Eingangsprismen 212, 212‘ schließt sich bildseitig ein Zoomsystem 217 an. In jedem Teilstrahlengang schließen sich an das Zoomsystems zwei Umlenkprismen 214, 214‘, 218, 218‘ an, die gemeinsam das jeweilige Teilstrahlenbündel um 180 Grad umlenken. Die umgelenkten Teilstrahlenbündel verlaufen dann entgegengesetzt zu den Teilstrahlenbündeln im Zoomsystem zu den Kameras 219, 219‘ die seitlich neben den Eingangsprismen 212, 212‘ der binokularen Optik angeordnet sind.
In 18 ist die Prismenanordnung in einer ersten Prismenkonfiguration 211A in den Mitbeobachterstrahlengang eingebracht. Diese Prismenkonfiguration 211A wird nachfolgend mit Bezug auf die 19 bis 23 im Detail beschrieben. Im Unterschied zu der in den 6 bis 17 gezeigten Prismenkonfiguration sind alle Prismen der Prismenanordnung auf einem gemeinsamen Träger angeordnet, der mit Bezug auf die binokulare Optik 213 und den großen Strahlteiler 103 in einer vertikalen Ebene verschiebbar angeordnet ist. Der Träger ist in den Figuren der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt. Dier Raum für die vertikale Verschiebbarkeit ist in dem zweiten konkreten Ausführungsbeispiel durch die seitliche Anordnung der Kameras 219, 219‘ geschaffen worden.
In den 18 bis 23 befindet sich der der Prismenanordnung enthaltende Träger in einer ersten Position, in der eine erste Prismenkonfiguration 211A im Mitbeobachterstrahlengang angeordnet ist. Diese Prismenkonfiguration 211A wird nachfolgend mit Bezug auf die 19 bis 23 näher erläutert. Die Figuren zeigen sowohl die ersten Prismenkonfiguration 211A als auch die zweite Prismenkonfiguration 211B der Prismenanordnung 211. Daneben sind in den Figuren der große Strahlteiler 103 und die den Eingang der binokularen Optik 213 bildenden Eingangsprismen 212, 212‘ dargestellt.
In der ersten Position des Prismenträgers befindet sich die erste Prismenkonfiguration 211A im Mitbeobachterstrahlengang. Diese Prismenkonfiguration besteht lediglich aus zwei Glaszylindern 221, 221‘, die aus dem großen Strahlenbündel des Mitbeobachterstrahlengangs ein linkes und ein rechtes stereoskopisches Teilstrahlenbündel selektieren. Diese beiden Teilstrahlenbündel passieren die Glaszylinder 221, 221‘ ohne Ablenkung und werden anschließend von den Eingangsprismen 212, 212‘ aus der horizontalen Ebene in die vertikale Ebene abgelenkt. Über das Zoomsystem 217 sowie die Umlenkprismen 214, 214‘ und 218, 218‘ werden der linke und der rechte stereoskopische Teilstrahlengang dann den beiden Kameras 219, 219‘ zugeführt. Zwischen den Prismen 214, 214‘ und 218, 218‘ des jeweiligen Teilstrahlengangs kann zudem noch ein Filterrad 216, 216‘ angeordnet sein. Die Bildausrichtung der beiden stereoskopischen Teilbilder beim Eintritt in die Glaszylinder 221, bei der Reflexion an den Reflexionsflächen der Eingangsprismen 212 sowie beim Austritt aus den Eingangsprismen 212 sind in 23 dargestellt. Hierbei ist die Bildorientierung für den rechten Teilstrahlengang durch ein „R“ angedeutet, die für den linken Teilstrahlengang durch ein „L“.
24 zeigt das Operationsmikroskop aus 18 mit dem Prismenträger in einer zweiten Position, in der die zweite Prismenkonfiguration 211B der Prismenanordnung im Mitbeobachterstrahlengang angeordnet ist. Die zweite Prismenkonfiguration 211B weist für jeden Teilstrahlengang zwei Umlenkprismen 223, 223‘, 225, 225‘ auf, die derart relativ zueinander angeordnet sind, dass sie einem rhombischen Prisma äquivalent sind. Selbstverständlich besteht auch die Möglichkeit, statt der beiden Einzelprismen jeweils ein einziges rhombisches Prisma zu verwenden. Die beiden Umlenkprismen 223, 223‘ sind übereinander angeordnet und stellen den Eingang in die zweite Prismenkonfiguration 211B dar. Sie selektieren aus dem großen Strahlenbündel des Mitbeobachterstrahlengangs ein linkes und ein rechtes stereoskopisches Teilstrahlenbündel, welche übereinander angeordnet sind. Außerdem lenken die beiden ersten Umlenkprismen 223, 223‘ die Teilstrahlenbündel um 90° in Richtung auf das jeweilige zweite Umlenkprisma 225, 225‘ ab. Die Umlenkprismen 223, 225 und die Umlenkprismen 223‘, 225‘ sind dabei so angeordnet, dass die zwischen den Umlenkprismen 223 und 225 bzw. 223‘ und 225‘ verlaufenden Teilstrahlenbündel jeweils in einer Ebene verläuft, die einen Winkel zur horizontalen Ebene einschließt und die horizontale Ebene entlang einer zur optischen Achse des großen Mitbeobachterstrahlenbündels parallelen Linie schneidet. Von den zweiten Umlenkprismen 225 werden das linke und das rechte Teilstrahlenbündel dann wiederrum um 90° abgelenkt, so dass sie wieder parallel zur optischen Achse des großen Mitbeobachterstrahlenbündels verlaufen. Die Position der zweiten Umlenkprismen 225 ist dabei so gewählt, dass das linke und das rechte Teilstrahlenbündel in einer horizontalen Ebene liegen, in der sie den Eingangsprismen 212, 212‘ der binokularen Optik 213 zugeführt werden können.
Die Bildorientierung an den Eingangsflächen der ersten Umlenkprismen 223, 223‘, den Reflexionsflächen der Prismen und den Ausgangsflächen der Umlenkprismen 212, 212‘ ist in 29 dargestellt. Hierbei ist die Bildorientierung für den rechten Teilstrahlengang durch ein „R“ angedeutet, die für den linken Teilstrahlengang durch ein „L“. Im Vergleich mit 23 zeigt 29, dass die Bildausrichtung an den Ausgangsflächen der Eingangsprismen 212, 212‘ bei Verwendung der zweiten Prismenkonfiguration 211B gegenüber der Bildausrichtung bei Verwendung der ersten Prismenkonfiguration 211A um 90° gedreht ist. Um diese Drehung kompensieren zu können weisen die Kameras 219, 219‘ quadratische Bildsensoren und eine elektronische Bilddrehfunktion auf, mit deren Hilfe die digitalen Bilder um 90 Grad bzw. 270 Grad gedreht werden können. Außerdem sind die Bilder beim Austritt aus dem Eingangsprismen 212, 212‘ aufgrund der ungeraden Anzahl von Reflexionen spiegelverkehrt, so dass die Kameras 219, 219‘ auch eine Bildspiegelfunktion (Flipfunktion) aufweisen, mit der die Spiegelung kompensiert werden kann.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weisen die Kameras quadratische Bildsensoren auf, so dass die Bilder unabhängig von der aus der ersten Prismenkonfiguration 211A oder der zweiten Prismenkonfiguration 211B resultierenden Bildausrichtungen optimal aufgenommen werden können. Selbstverständlich können auch gängige rechteckige Bildsensoren Verwendung finden, wobei dann jedoch die schmale Kante der Bildsensoren eine Abmessung aufweisen muss, die es ermöglicht, in beiden Bildausrichtungen das vollständige Bild aufzunehmen. Ein quadratischer Bildsensor ist hier insofern vorteilhaft als dass im Vergleich zu einem rechteckigen Bildsensor weniger Sensorfläche ungenutzt bleibt.
Obwohl im vorliegenden Ausführungsbeispiel der Prismenträger entlang eines linearen Pfades von der ersten Position in die zweite Position verschoben wird, besteht auch die Möglichkeit, den Prismenträger so auszugestalten, dass er um eine zur optischen Achse des großen Strahlenbündels des Mitbeobachtersystems parallele Drehachse gedreht werden kann, wobei dann in einer Drehposition die erste Prismenkonfiguration im Mitbeobachterstrahlengang angeordnet ist und in einer zweiten Drehposition die zweite Prismenkonfiguration. Zudem besteht auch die Möglichkeit, sowohl bei einem verschiebbaren Prismenträger als auch bei einem drehbaren Prismenträger mehr als zwei Prismenkonfigurationen auf dem Träger anzuordnen, sofern es die Platzverhältnisse im Operationsmikroskop zulassen.
Bei allen Ausführungsbeispielen ist es vorteilhaft, wenn die Kameras Bildsensoren aufweisen, deren Sensorfläche etwas größer als die Fläche des aufzunehmenden Bildes ist. Dies hat den Vorteil, dass Toleranzen beim Positionieren der jeweiligen Prismenkonfiguration im Mitbeobachterstrahlengang nicht dazu führen, dass ein Teil des Bildes außerhalb der Sensorfläche gelangt. Je geringer die Toleranzen in der Positionierung der Prismenkonfigurationen sind, desto weniger Übermaß der Bildsensoren gegenüber der Fläche des aufzunehmenden Bildes ist nötig.
Im Rahmen der Ausführungsbeispiele waren auch Prismenkonfigurationen vorhanden, die lediglich aus Glaszylindern bestanden. Im Sinne der vorliegenden Erfindung können diese Glaszylinder als eine Prismenkonfiguration angesehen werden, sofern eine zweite Prismenkonfiguration vorhanden ist, welche strahlablenkenden Prismen aufweist.
Soweit in den Ausführungsbeispielen auf ein rechtes und ein linkes Teilstrahlenbündel Bezug genommen worden ist, ist anzumerken, dass bei Verwendung der zweiten Prismenkonfiguration durch das obere Teilstrahlenbündel der rechte oder der linke Stereokanal repräsentiert sein kann, je nachdem, ob sich der Mitbeobachter in einer seitlichen Position rechts oder links vom Hauptbeobachter befindet. Der andere Stereokanal wird dann durch das untere Teilstrahlenbündel repräsentiert.
Die vorliegende Erfindung wurde zu Erläuterungszwecken anhand von konkreten Ausführungsbeispielen erläutert. Einem Fachmann ist jedoch klar, dass im Rahmen der Erfindung Abweichungen von diesen Ausführungsbeispielen möglich sind, so dass die Erfindung nicht auf Merkmalskombinationen dieser Ausführungsbeispiele beschränkt sein soll. Beispielsweise sind die konkreten Prismenkonfigurationen der in den 6 bis 17 und den 18 bis 29 dargestellten Ausführungsbeispiele so gewählt, dass die Stereobasis des von der jeweiligen zweiten Prismenkonfigurationen selektierten stereoskopischen Teilstrahlenbündels gegenüber der Stereobasis des von der jeweiligen ersten Prismenanordnungen selektierten stereoskopischen Teilstrahlenbündels um 90° bzw. 270° gedreht ist. Mit einer elektronischen Bilddrehvorrichtung können so stereoskopische Bilder generiert werden, die einer Positionierung des Mitbeobachters auf der linken oder rechten Seite des Hauptbeobachters entsprechen. Mit der ersten Prismenkonfiguration können dagegen Stereobilder generiert werden, die einer Face-to-Face Position des Mitbeobachters entsprechen. Es besteht aber grundsätzlich auch die Möglichkeit, die zweite oder eine weitere Prismenkonfiguration derart auszugestalten, dass die Stereobasis der von dieser Prismenkonfiguration selektierten stereoskopischen Teilstrahlengänge mit der Stereobasis der von der ersten Prismenkonfiguration selektierten stereoskopischen Teilstrahlengänge einen anderen Winkel als 90° einschließt, beispielsweise 45°, 70°, etc. In diesem Fall würden die mit Hilfe der zweiten bzw. weiteren Prismenkonfigurationen generierten Bilder einer Mitbeobachterposition entsprechen, die zwischen der Face-to-Face Beobachtung und der seitlichen Beobachtung liegt. Auch solche Ausführungsvarianten sind von der Erfindung umfasst. Der Schutzumfang der Erfindung soll daher lediglich durch die angehängten Ansprüche beschränkt sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009019575 A1 [0007, 0009, 0010, 0018]
DE 10300925 A1 [0008, 0009, 0010, 0018]

Claims

Stereoskopisches optisches Beobachtungsgerät zum Beobachten eines Beobachtungsobjektes mit: einem Hauptobjektiv (1, 101), einem eine binokulare Optik (5, 105) umfassenden Hauptbeobachtersystem mit einem Hauptbeobachterstrahlengang zur Beobachtung des Beobachtungsobjekts durch einen Hauptbeobachter und einem eine binokulare Optik (13, 113, 213) sowie ein stereoskopisches Aufnahmesystem (19, 119, 119‘, 219, 219‘) mit einem rechten und einem linken Bildkanal umfassenden Mitbeobachtersystem mit einem Mitbeobachterstrahlengang zur Beobachtung des Beobachtungsobjekts durch einen Mitbeobachter, wobei – der Mitbeobachterstrahlengang mittels eines zwischen dem Hauptobjektiv (1, 101) und der binokularen Optik (5, 105) des Hauptbeobachtersystems angeordneten großen physikalischen Strahlteilers (3, 103) aus dem Hauptbeobachterstrahlengang ausgekoppelt wird; – im Mitbeobachtersystem eine Prismenanordnung (11, 111, 211) vorhanden ist, die wenigstens eine erste Prismenkonfiguration (11A, 111A, 211A) und eine zweite Prismenkonfiguration (11B, 111B, 211B) umfasst, wobei entweder die erste Prismenkonfiguration (11A, 111A, 211A) oder die zweite Prismenkonfiguration (11B, 111B, 211B) in den Mitbeobachterstrahlengang einbringbar ist, – die erste Prismenkonfiguration (11A, 111A, 211A) einen ersten rechten Mitbeobachter-Stereokanal und einen ersten linken Mitbeobachter-Stereokanal mit einer ersten Stereobasis aus dem Mitbeobachterstrahlengang selektiert, wenn sie in den Mitbeobachterstrahlengang eingebracht ist, und die zweite Prismenkonfiguration (11B, 111B, 211B) einen zweiten rechten Mitbeobachter-Stereokanal und einen zweiten linken Mitbeobachter-Stereokanal mit einer zweiten Stereobasis aus dem Mitbeobachterstrahlengang selektiert, wenn sie in den Mitbeobachterstrahlengang eingebracht ist, wobei sich die zweite Stereobasis in Ihrer Orientierung von der ersten Stereobasis unterscheidet; – die jeweils in den Mitbeobachterstrahlengang eingebrachte Prismenkonfiguration (11A, 11B, 111A, 111B, 211A, 211B) den von ihr selektierten ersten oder zweiten rechten Mitbeobachter-Stereokanal und den von ihr selektierten ersten oder zweiten linken Mitbeobachter-Stereokanal der binokularen Optik (13, 113, 213) des Mitbeobachtersystems zuführt und – für den Mitbeobachter ein elektronischer Einblick (21) vorhanden ist, dem das von dem stereoskopischen Aufnahmesystem (19, 119, 119‘, 219, 219‘) aufgenommene stereoskopische Beobachtungsbild zur Darstellung zugeführt wird.
Stereoskopisches optisches Beobachtungsgerät nach Anspruch 1, in dem – die binokulare Optik (5, 15) des Hauptbeobachtersystems einen rechten und einen linken Hauptbeobachter-Stereokanal mit einer Stereobasis aus dem Hauptbeobachterstrahlengang selektiert; – die erste Prismenkonfiguration (11A, 111A, 211A) einen ersten rechten Mitbeobachter-Stereokanal und einen ersten linken Mitbeobachter-Stereokanal mit einer ersten Stereobasis, die im Vergleich zur Stereobasis des Hauptbeobachters um 180 Grad gedreht ist, aus dem Mitbeobachterstrahlengang selektiert und die zweite Prismenkonfiguration (11B, 111B, 211B) einen zweiten rechten Mitbeobachter-Stereokanal und einen zweiten linken Mitbeobachter-Stereokanal mit einer zweiten Stereobasis, die im Vergleich zur Stereobasis des Hauptbeobachters um 90 Grad oder 270 Grad gedreht ist, aus dem Mitbeobachterstrahlengang selektiert.
Stereoskopisches optisches Beobachtungsgerät nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, in dem die Prismenanordnung (11, 111, 211) an einer Tragstruktur angeordnet ist, die wenigstens eine erste Orientierung und eine zweite Orientierung in dem stereoskopischen optischen Beobachtungsgerät annehmen kann, wobei in der ersten Orientierung die erste Prismenkonfiguration (11A, 111A, 211A) in den Mitbeobachterstrahlengang eingebracht ist und in der zweiten Orientierung die zweite Prismenkonfiguration (11B, 111B, 211B) in den Mitbeobachterstrahlengang eingebracht ist.
Stereoskopisches optisches Beobachtungsgerät nach Anspruch 3, in dem die Prismenanordnung (11, 111, 211) an einer in das stereoskopische optische Beobachtungsgerät integrierten drehbaren Tragstruktur angeordnet ist, die um die optische Achse des vom physikalischen Strahlteiler (3, 103) ausgehenden Mitbeobachterstrahlengangs drehbar ist.
Stereoskopisches optisches Beobachtungsgerät nach Anspruch 3, in dem die Prismenanordnung (11, 111, 211) an einer aus dem stereoskopischen optischen Beobachtungsgerät entnehmbaren und in einer gedrehten Orientierung wieder in das stereoskopische optische Beobachtungsgerät einsetzbaren Tragstruktur angeordnet ist.
Stereoskopisches optisches Beobachtungsgerät nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, in dem die Prismenanordnung (11, 111, 211) an einer Tragstruktur angeordnet ist, die entlang eines zur optischen Achse des vom physikalischen Strahlteiler (3, 103) ausgehenden Mitbeobachterstrahlengangs senkrechten Pfades wenigstens aus einer ersten Position in eine zweite Position verschiebbar ist, wobei in der ersten Position die erste Prismenkonfiguration (11A, 111A, 211A) in den Mitbeobachterstrahlengang eingebracht ist und in der zweiten Position die zweite Prismenkonfiguration (11B, 111B, 211B) in den Mitbeobachterstrahlengang eingebracht ist.
Stereoskopisches optisches Beobachtungsgerät nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, in dem die Prismenanordnung (11, 111, 211) auf wenigstens zwei voneinander getrennte Tragstrukturen verteilt ist, die wechselweise in das stereoskopische optische Beobachtungsgerät einsetzbar sind, wobei die erste Prismenkonfiguration (11A, 111A, 211A) auf der ersten der zwei Tragstrukturen angeordnet ist und die zweite Prismenkonfiguration (11B, 111B, 211B) auf der zweiten der zwei Tragstrukturen angeordnet ist.
Stereoskopisches optisches Beobachtungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, in dem das stereoskopische Aufnahmesystem (19, 119, 119‘, 219, 219‘) eine Bildspiegelfunktion und/oder eine Bilddrehfunktion umfasst.
Stereoskopisches optisches Beobachtungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, in dem das stereoskopische Aufnahmesystem zwei Kameras (19, 119, 119‘, 219, 219‘) mit quadratischen Bildsensoren umfasst.
Stereoskopisches optisches Beobachtungsgerät nach Anspruch 9, in dem die Bildsensoren eine Sensorfläche aufweisen, deren Kantenlänge größer als der Durchmesser eines stereoskopischen Teilstrahlenbündels im entsprechenden Mitbeobachter-Stereokanal ist.
Stereoskopisches optisches Beobachtungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 10, in dem die binokulare Optik (213) des Mitbeobachtersystems eingangsseitig jeweils wenigstens ein Umlenkprisma (212, 212‘) pro Stereokanal aufweist, mit dem das jeweilige Strahlenbündel des rechten Mitbeobachter-Stereokanals bzw. des linken Mitbeobachter-Stereokanals um 90 Grad zur optischen Achse des vom physikalischen Strahlteiler (103) ausgehenden Mitbeobachterstrahlengangs abgelenkt wird.
Stereoskopisches optisches Beobachtungsgerät nach Anspruch 11, in dem – die erste Prismenkonfiguration (211A) aus einem Glaszylinder (221) für den ersten rechten Mitbeobachter-Stereokanal und einem zweiten Glaszylinder (221‘) für den ersten linken Mitbeobachter-Stereokanal besteht, wobei der Glaszylinder (221) für den ersten rechten Mitbeobachter-Stereokanal und der Glaszylinder (221‘) für den zweiten rechten Mitbeobachter-Stereokanal die Position der Teilstrahlenbündel des ersten rechten Mitbeobachter-Stereokanals und des ersten linken Mitbeobachter-Stereokanals unverändert lassen, und – die zweite Prismenkonfiguration (211B) aus zwei einander gegenüberliegenden Prismen (223, 225) für den zweiten rechten Mitbeobachter-Stereokanal und zwei einander gegenüberliegenden Prismen (223‘, 225‘) für den zweiten linken Mitbeobachter-Stereokanal besteht, wobei die zwei Prismen (223, 225) für den zweiten rechten Mitbeobachter-Stereokanal und die zwei Prismen (223‘, 225‘) für den zweiten linken Mitbeobachter-Stereokanal jeweils derart relativ zueinander angeordnet und orientiert sind, dass sie die Position des Teilstrahlenbündels des zweiten rechten Mitbeobachter-Stereokanals bzw. des zweiten linken Mitbeobachter-Stereokanals derart verlagern, dass die zweite Stereobasis um 90 Grad oder um 270 Grad um die optische Achse des vom physikalischen Strahlteiler (103) ausgehenden Mitbeobachterstrahlengangs gedreht wird.
Stereoskopisches optisches Beobachtungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 10, in dem – die erste Prismenkonfiguration (111A) aus einem Glaszylinder (121) sowie zwei einander gegenüberliegenden Prismen (123, 125) für den ersten rechten Mitbeobachter-Stereokanal und einem zweiten Glaszylinder (121‘) sowie zwei einender gegenüberliegenden Prismen (123‘, 125‘) für den ersten linken Mitbeobachter-Stereokanal besteht, wobei der Glaszylinder (121) sowie die zwei einander gegenüberliegenden Prismen (123, 125) für den ersten rechten Mitbeobachter-Stereokanal und der Glaszylinder (121) sowie die zwei einander gegenüberliegenden Prismen (123‘, 125‘) für den zweiten rechten Mitbeobachter-Stereokanal jeweils derart relativ zueinander angeordnet und orientiert sind, dass sie den Abstand zwischen dem ersten rechten Mitbeobachter-Stereokanal und dem ersten linken Mitbeobachter-Stereokanal vergrößern und das Strahlenbündel des ersten rechten Mitbeobachter-Stereokanals sowie das Strahlenbündel des ersten linken Mitbeobachter-Stereokanals um 90 Grad zur optischen Achse des vom physikalischen Strahlteiler (103) ausgehenden Mitbeobachterstrahlengangs ablenken, und – die zweite Prismenkonfiguration (111B) aus drei Prismen (127, 129, 131) für den zweiten rechten Mitbeobachter-Stereokanal und drei Prismen (127‘, 129‘, 131‘) für den zweiten linken Mitbeobachter-Stereokanal besteht, wobei die drei Prismen (127, 129, 131) für den zweiten rechten Mitbeobachter-Stereokanal und die drei Prismen (127‘, 129‘, 131‘) für den zweiten linken Mitbeobachter-Stereokanal jeweils derart relativ zueinander angeordnet und orientiert sind, dass sie die Position des Teilstrahlenbündels des zweiten rechten Mitbeobachter-Stereokanals bzw. des zweiten linken Mitbeobachter-Stereokanals derart verlagern, dass die zweite Stereobasis um 90 Grad oder um 270 Grad um die optische Achse des vom physikalischen Strahlteiler (103) ausgehenden Mitbeobachterstrahlengangs gedreht wird, der Abstand zwischen dem zweiten rechten Mitbeobachter-Stereokanal und dem zweiten linken Mitbeobachter-Stereokanal vergrößert wird und das Strahlenbündel des zweiten rechten Mitbeobachter-Stereokanals sowie das Strahlenbündel des zweiten linken Mitbeobachter-Stereokanals um 90 Grad zur optischen Achse des vom physikalischen Strahlteiler (103) ausgehenden Mitbeobachterstrahlengangs abgelenkt wird.
Stereoskopisches optisches Beobachtungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 13, welches als Operationsmikroskop ausgebildet ist.