DE102015008213A1

DE102015008213A1 - Stereo object magnifier for imaging an object

Info

Publication number: DE102015008213A1
Application number: DE102015008213.2A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-06-29
Filing date: 2015-06-29
Publication date: 2015-12-31
Also published as: DE202015009995U1; CH709830A2; CH709830B1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Stereo-Objektvergrösserer zur Abbildung eines Objektes in Stereo gemäss den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche. Es soll eine Vorrichtung zur Verfügung gestellt werden, welche es ermöglicht, dass Chirurg und Assistent unabhängig voneinander arbeiten können. Die Vorrichtung soll es ausserdem ermöglichen, sowohl dem Chirurgen als auch dem Assistenten eine Arbeitsposition zur Verfügung zu stellen, welche Ermüdungserscheinungen, hervorgerufen durch eine unnatürliche Arbeitshaltung oder Arbeitsposition, unterbindet.The present invention relates to a stereo object magnifier for imaging an object in stereo according to the preambles of the independent claims. A device is to be made available which enables the surgeon and assistant to work independently of each other. The device should also make it possible to provide both the surgeon and the assistant with a working position which prevents fatigue caused by an unnatural working posture or working position.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Stereo-Objektvergrösserer zur Abbildung eines Objektes in Stereo gemäss den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche.The present invention relates to a stereo object magnifier for imaging an object in stereo according to the preambles of the independent claims.

Stereo-Objektvergrösserer werden vorzugsweise im medizinischen Bereich und insbesondere während Operationen eingesetzt. Aus dem Stand der Technik sind unterschiedliche Vorrichtungen bekannt, um Ärzte und Chirurgen bei Operationen zu unterstützen, und/oder einen Gegenstand oder einen zu operierenden Bereich vergrössert darzustellen.Stereo object magnifiers are preferably used in the medical field and in particular during operations. Various devices are known in the art for assisting physicians and surgeons with operations, and / or displaying an item or area to be operated on enlarged.

Mit der DE 103 00 925 wurde beispielsweise ein System bekannt, welches mindestens einem Betrachter Freiheitsgrade hinsichtlich seiner Anordnung relativ zum beobachteten Objekt bieten soll.With the DE 103 00 925 For example, a system has been known which is intended to provide at least one viewer with degrees of freedom with respect to its location relative to the observed object.

Die Vorrichtung stellt ein stereoskopisches Bild zur Verfügung.The device provides a stereoscopic image.

Die meisten Ausführungen der Vorrichtung umfassen Systeme aus Linsen und Prismen, welche entlang einer optischen Achse aufgereiht sind und welche das abzubildende Objekt über Strahlenteiler in unterschiedliche Kanäle aufteilt. Diese Vorrichtungen sind mechanisch und optisch aufwendig und haben verschiedene Nachteile.Most embodiments of the device comprise systems of lenses and prisms, which are lined up along an optical axis and which divides the object to be imaged via beam splitter into different channels. These devices are mechanically and optically complex and have various disadvantages.

Die Strahlenteiler sowie die Blenden und Filter haben den Nachteil, dass sie im Teilerverhältnis das Licht teilen; es wird also bei diesen Ausführungsformen doppelt so viel Licht benötigt.The beam splitters and the diaphragms and filters have the disadvantage that they divide the light in the division ratio; In other words, twice as much light is required in these embodiments.

Der Haupt-Nachteil der Ausführungsformen der DE 103 00 925 ist aber, dass die Kameras nicht frei im Strahlengang beweglich sind sondern maximal um die optische Achse gedreht werden können und sich die Kamerapaare bei Drehung erst noch im Weg sind.The main disadvantage of the embodiments of DE 103 00 925 but is that the cameras are not freely movable in the beam path but can be rotated at most around the optical axis and the camera pairs are still in the way of rotation.

Die Ausführungsformen mit den optischen Filtern bzw. Blenden haben zusätzlich den Nachteil, dass immer nur ein Teilstrahlenbündel auf die Kamera abgebildet wird, was bei 4 Teilstrahlenbündel eine 4 mal höhere Abtastrate als Bildrate bedeutet, d. h. will man zwei Stereobilder mit 30 Bilder pro Sekunde anschauen, benötigt man eine Kamera mit 120 Bildern pro Sekunde. Des Weiteren ist bei dieser Ausführungsform eine aufwendige Mechanik oder Elektronik samt Filtern bzw. Blenden nötig, welche die Taktrate exakt ausgibt.The embodiments with the optical filters or diaphragms additionally have the disadvantage that only one partial beam is always imaged onto the camera, which means a 4 times higher sampling rate than frame rate with 4 partial beams, ie. H. If you want to watch two stereo images at 30 frames per second, you need a camera with 120 frames per second. Furthermore, in this embodiment, a complex mechanism or electronics including filters or diaphragms is necessary, which outputs the clock rate exactly.

Eine weitere Ausführungsform benötigt 8 Kameras mit dazugehörigen 8 Kamera-Elektroniken und 8 Verkabelungen, was ein grosser technischer Aufwand bedeutet.Another embodiment requires 8 cameras with associated 8 camera electronics and 8 cabling, which means a great deal of technical effort.

Es ist Aufgabe der Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zu beheben.It is an object of the invention to overcome the disadvantages of the prior art.

Insbesondere soll eine Vorrichtung zur Verfügung gestellt werden, welche es ermöglicht, dass Chirurg und Assistent unabhängig voneinander arbeiten können und möglichst frei wählbare Stereobilder des Objekts, sowohl betreffend Drehrichtung um die optische Achse als auch betreffend Stereo-Bildausschnitt des Objekts zur Verfügung haben.In particular, a device is to be made available which makes it possible for the surgeon and assistant to work independently of one another and to have freely selectable stereo images of the object, both with respect to the direction of rotation about the optical axis and with respect to the stereo image section of the object.

Die Vorrichtung soll es also ermöglichen, sowohl dem Chirurgen als auch dem Assistenten und allfälligen weiteren Operateuren Stereo-Bildausschnitte des Objekts für jegliche Arbeitsposition zur Verfügung zu stellen, welche Ermüdungserscheinungen, hervorgerufen durch eine unnatürliche Arbeitshaltung oder Arbeitsposition unterbindet und gleichzeitig dem Chirurgen, dem Assistenten und weiteren Operateuren die für die Operation benötigten oder gewünschten Stereo-Bildausschnitte des Objekts aus dem Objektfeld frei wählbar zur Verfügung stellt.The device should thus make it possible to provide both the surgeon and the assistant and any further operators stereo image excerpts of the object for any working position, which prevents fatigue caused by an unnatural working posture or working position and at the same time the surgeon, the assistant and other operators the required for the operation or stereo image sections of the object from the object field freely selectable provides.

Diese Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Patentansprüchen definierten Vorrichtungen gelöst. Weitere Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.This object is achieved by the devices defined in the independent claims. Further embodiments emerge from the dependent claims.

Der erfindungsgemässe Stereo-Objektvergrösserer ermöglicht es Objekte in Stereo abzubilden, das heisst für beide Augen einen getrennten Strahlengang bereitzustellen, damit das Objekt bzw. Teile des Objekts aus unterschiedlichen Winkeln abgebildet wird, sodass ein räumlicher Bildeindruck entsteht.The inventive stereo object magnifier makes it possible to image objects in stereo, that is to provide a separate beam path for both eyes, so that the object or parts of the object is imaged from different angles, so that a spatial image impression is created.

Der erfindungsgemässe Stereo-Objektvergrösserer umfasst ein Objektiv 10 mit einer optischen Achse 11 und einer Objektebene 6, wobei das Objekt 7 im wesentlichen über das Objektiv 10 aus einem objektseitigen Strahlenbündel im Winkelbereich 8 in ein bildseitiges Gesamt-Strahlenbündel 9 überführt wird.The inventive stereo object magnifier comprises an objective 10 with an optical axis 11 and an object plane 6 , where the object 7 essentially over the lens 10 from an object-side beam in the angular range 8th in an image-side total beam 9 is transferred.

Dieses bildseitiges Gesamt-Strahlenbündel wird über eine Abbildungsoptik 19 auf genau ein lichtempfindliches Element 23 abgebildet, welches vorzugsweise als optischer Sensor beispielhaft ein CCD-Sensor oder CMOS-Sensor ausgebildet ist.This image-side overall beam is an imaging optics 19 to exactly one photosensitive element 23 illustrated, which is preferably designed as an optical sensor, for example, a CCD sensor or CMOS sensor.

Die Fläche dieses genau einen lichtempfindlichen Elements kann aus mehreren lichtempfindlichen Einzelelementen zusammengesetzt sein.The area of this one photosensitive element may be composed of a plurality of individual photosensitive elements.

In den folgenden Ausführungen und Zeichnungen werden Teilstrahlenbündel erwähnt. Bei einigen Figuren sind der Übersichtlichkeit wegen nur zwei Teilstrahlenbündel 2, 3 aufgenommen; auch in den Ausführungen werden zwei Teilstrahlenbündel erwähnt; die Erfindung beschränkt sich aber nicht auf nur zwei Teilstrahlenbündel, so sind bei allen Ausführungen mehr als zwei Teilstrahlenbündel möglich.Subsequent beams are mentioned in the following embodiments and drawings. In some figures, for clarity, only two partial beams two . 3 added; also in the embodiments, two partial beams are mentioned; but the invention is not limited to Only two partial beams, so in all versions more than two partial beams are possible.

In einer ersten Ausführungsform wird das bildseitige Gesamt-Strahlenbündel 9 über die Abbildungsoptik 19 als Ganzes auf das lichtempfindliche Element abgebildet. Als Ganzes bedeutet, dass das vollständige bildseitige Gesamt-Strahlenbündel 9 über die entsprechende Abbildungsoptik 19 auch vollständig auf das lichtempfindliche Element 23 abgebildet wird.In a first embodiment, the image-side overall beam becomes 9 about the imaging optics 19 depicted as a whole on the photosensitive element. As a whole, that means the full image-side overall beam 9 about the corresponding imaging optics 19 also completely on the photosensitive element 23 is shown.

Dies ist beispielhaft in 1 und 2 dargestellt: das vollständige bildseitige Gesamt-Strahlenbündel 9 wird über die Abbildungsoptik 19 und dem entsprechenden Strahlenbündel 30 vollständig auf das lichtempfindliche Element 23 abgebildet.This is exemplary in 1 and two represented: the complete image-side total beam 9 is about the imaging optics 19 and the corresponding beam 30 completely on the photosensitive element 23 displayed.

Dies hat den Vorteil, dass verschiedene Ausschnitte des lichtempfindliches Elements wahlfrei und damit verschiedene darauf abgebildete Teilstrahlenbündel wahlfrei für die Erzeugung von Stereobildern des Objekts auswählbar sind, es sind unendlich viele Kombinationen aus getrennten Strahlengängen für Stereo-Abbildungen möglich.This has the advantage that different sections of the photosensitive element are optional and thus different sub-beams imaged thereon optionally selectable for the generation of stereo images of the object, there are an infinite number of combinations of separate beam paths for stereo images possible.

Damit können verschiedene Benutzer verschiedene Bereiche des Objekts in Stereo betrachten. Der Abstand des jeweiligen Teilstrahlenbündels zur optischen Achse ist damit variabel und die Stereobilder müssen nicht mehr um die optische Achse verlaufen, das heisst, der Betrachter kann ein Stereobild auswählen, bei dem die Achse durch den Mittelpunkt des rechten Bildes und linken Bildes und nicht zwangsläufig durch die optische Achse geht.This allows different users to view different parts of the object in stereo. The distance of the respective partial beam to the optical axis is thus variable and the stereo images no longer have to run around the optical axis, that is, the viewer can select a stereo image in which the axis through the center of the right image and left image and not necessarily by the optical axis goes.

Es können mehrere Teilstrahlenbündel sein, der Übersichtlichkeit halber werden in den 1 bis 3 nur zwei Teilstrahlenbündel 2, 3 dargestellt.There may be several partial beams, for clarity, are in the 1 to 3 only two partial beams two . 3 shown.

Die Bilder des Objektes in Stereo werden bevorzugt der Bildwiedergabevorrichtung bereitgestellt, können aber auch in der Vorrichtung gespeichert werden.The images of the object in stereo are preferably provided to the image reproduction apparatus, but may also be stored in the apparatus.

In einer weiteren Ausführungsform des Stereo-Objektvergrösserers wird das bildseitige Gesamt-Strahlenbündel 9 über die Abbildungsoptik 19 in zwei oder mehrere im wesentlichen parallele bildseitige Teilstrahlenbündel 2, 3 auf genau ein lichtempfindliches Element abgebildet. Es können mehrere Teilstrahlenbündel sein, der Übersichtlichkeit halber werden in den 1 bis 3 nur zwei Teilstrahlenbündel 2, 3 dargestellt.In a further embodiment of the stereo object magnifier, the image-side overall beam becomes 9 about the imaging optics 19 in two or more substantially parallel image-side partial beams two . 3 imaged on exactly one photosensitive element. There may be several partial beams, for clarity, are in the 1 to 3 only two partial beams two . 3 shown.

Die bildseitigen Teilstrahlenbündel 2, 3 sind parallel zur optische Achse drehbar und/oder in XY-Richtung senkrecht zur optischen Achse verschiebbar ausgebildet.The image-side partial beams two . 3 are rotatable parallel to the optical axis and / or slidable in the XY direction perpendicular to the optical axis.

Die bildseitigen Teilstrahlenbündel können als Vergrösserungs-System oder als System zum Einstellen der Bildschärfe oder als System zum Einstellen des Arbeitsabstandes ausgebildet sein.The image-side partial beams may be formed as a magnification system or as a system for adjusting the image sharpness or as a system for adjusting the working distance.

Das bedeutet, dass in dieser Ausführungsform quasi auch das bildseitige Gesamt-Strahlenbündel 9 als Ganzes auf das lichtempfindliche Element abgebildet wird, mit dem Unterschied, dass nur die Teilbereiche der bildseitigen Teilstrahlenbündel vergrössert, scharf oder mit eingestelltem Arbeitsabstand auf das lichtempfindliche Element abgebildet werden.This means that in this embodiment, so to speak, the image-side overall beam 9 is imaged as a whole on the photosensitive element, with the difference that only the partial areas of the image-side partial beams are magnified, sharply or imaged with adjusted working distance on the photosensitive element.

Somit wird in dieser Ausführungsform die Wahlfreiheit der Ausschnitte des lichtempfindliches Elements und damit die Wahlfreiheit verschiedener darauf abgebildeter Teilstrahlenbündel für die Erzeugung von Stereobildern des Objekts durch die parallel zur optische Achse drehbaren und/oder in XY-Richtung senkrecht zur optischen Achse verschiebbaren als Vergrösserungs-, Bildschärfeeinstellungs- oder Arbeitsabstandeinstellungs-System ausgebildeten Teilstrahlenbündel ermöglicht.Thus, in this embodiment, the freedom of choice of the sections of the photosensitive element and thus the freedom of choice of various partial beams imaged thereon for the generation of stereo images of the object by the parallel to the optical axis rotatable and / or in the XY direction perpendicular to the optical axis displaceable as Vergrösser-, Focusing or working distance adjustment system trained partial beams allows.

Damit existieren unendlich viele Kombinationen aus getrennten Strahlengängen für Stereo-Abbildungen.Thus there are infinitely many combinations of separate beam paths for stereo images.

Der grosse Vorteil zum Stand der Technik liegt darin, dass für beispielsweise sechs als Vergrösserungs-System ausgebildete Teilstrahlenbündel nur ein lichtempfindliches Element und nur eine Kameraelektronik und nur eine Verkabelung anstatt sechs benötigt wird.The great advantage of the prior art is that, for example, six partial beams formed as magnification system require only one photosensitive element and only one camera electronics and only one wiring instead of six.

Ein weiterer grosser Vorteil besteht darin, dass für beispielhaft vier als Vergrösserungs-System ausgebildete Teilstrahlenbündel die in XY-Richtung senkrecht zur optischen Achse beweglich ausgebildet sind, die Teilstrahlenbündel-Vergrösserungssysteme so bewegt werden, dass die auf dem lichtempfindlichen Element abgebildeten Teilstrahlenbündel als Ausschnitte des lichtempfindlichen Elements für die Erzeugung von Stereobildern des Objekts wahlfrei herangezogen werden.Another great advantage is that, for example, four partial beams formed as magnification system which are designed to be movable in the XY direction perpendicular to the optical axis, the partial beam magnification systems are moved so that the partial beams imaged on the photosensitive element as sections of the photosensitive Elements are used for the generation of stereo images of the object optional.

Verschiedene Ausschnitte des lichtempfindliches Elements werden durch bewegen der Teilstrahlenbündel-Vergrösserungssysteme wahlfrei für die Erzeugung von Stereobildern des Objekts ausgewählt, damit sind unendlich viele Kombinationen aus getrennten Strahlengängen für Stereo-Abbildungen möglich.Various sections of the photosensitive element are randomly selected by moving the sub-beam magnification systems to produce stereo images of the object, thus allowing infinite combinations of separate beam paths for stereo imaging.

Die Teilstrahlenbündel sind in XY-Richtung frei beweglich, sie sind sich nur eventuell mechanisch im Weg. Dies kann durch horizontales Versetzten in Richtung der Drehachse verhindert werden.The partial beams are freely movable in the XY direction, they are only possibly mechanically in the way. This can be prevented by horizontal offset in the direction of the axis of rotation.

Eine bessere Lösung für das mechanische im Weg sein ist es, die Teilstrahlenbündel-Vergrösserungssysteme beispielsweise rechteckig auszugestalten. Zwei nebeneinander stehende rechteckige Teilstrahlenbündel-Vergrösserungssysteme werden dann mit dem durch sie abgedeckten grossen Ausschnitt des lichtempfindliches Elements der Teil-Strahlenbündel für die Erzeugung von Stereobildern des Objekts herangezogen. A better solution for the mechanical in the way his way is to design the partial beam magnification systems, for example, rectangular. Two juxtaposed rectangular partial beam magnification systems are then used with the covered by them large section of the photosensitive element of the partial beam for the production of stereo images of the object.

Das lichtempfindliche Element ist vorzugsweise ein optischen Sensor wie ein CCD-Sensor oder CMOS-Sensor, wobei die Fläche dieses genau einen lichtempfindlichen Elements aus mehreren lichtempfindlichen Einzelelementen zusammengesetzt sein kann.The photosensitive element is preferably an optical sensor such as a CCD sensor or CMOS sensor, the surface of which may be composed of a plurality of individual photosensitive elements, precisely one photosensitive element.

Der Stereo-Objektvergrösserer umfasst eine Vorrichtung, welche es erlaubt die Teilstrahlenbündel, also beispielsweise die einzelnen Vergrösserungs-Systeme parallel zur optische Achse zu drehen und/oder in XY-Richtung senkrecht zur optischen Achse zu verschieben. Damit werden die Bilder der lichtempfindlichen Elemente, vorzugsweise dem optischen Sensor zur Stereo-Abbildung des Objekts ausgewählt, das heisst der Benutzer kann die Abbildung des Objektes in Stereo im Rahmen der mechanischen Beweglichkeit der beispielsweise Vergrösserungs-Systeme in XY-Richtung oder in Drehrichtung frei wählen.The stereo object magnifier comprises a device which makes it possible to rotate the partial beams, that is to say for example the individual magnification systems, parallel to the optical axis and / or to displace them in the XY direction perpendicular to the optical axis. Thus, the images of the photosensitive elements, preferably the optical sensor for stereo imaging of the object are selected, that is, the user can freely select the image of the object in stereo within the mechanical mobility of, for example, magnification systems in the XY direction or in the direction of rotation ,

In einer anderen Ausführungsform des Stereo-Objektvergrösserers wird das bildseitige Gesamt-Strahlenbündel 9 in zwei oder mehrere im wesentlichen parallele bildseitige Teilstrahlenbündel 2, 3, 4, 5 – es können mehr Teilstrahlenbündel sein, der Übersichtlichkeit halber werden in den Figuren nur zwei bzw. vier dargestellt – überführt, wobei jedes parallele bildseitigen Teilstrahlenbündel auf ein oder mehrere lichtempfindliche Elemente, vorzugsweise optische Sensoren wie CCD-Sensoren oder CMOS-Sensoren abgebildet wird, welche in XY-Richtung senkrecht zur optischen Achse im bildseitigen Gesamt-Strahlenbündel wahlfrei positionierbar sind.In another embodiment of the stereo object magnifier, the image-side overall beam becomes 9 in two or more substantially parallel image-side partial beams two . 3 . 4 . 5 - It may be more partial beams, for the sake of clarity, only two or four shown in the figures - transferred, each parallel image-side partial beam is imaged on one or more photosensitive elements, preferably optical sensors such as CCD sensors or CMOS sensors, which are freely positionable in the XY direction perpendicular to the optical axis in the image-side total beam.

Die Fläche dieser lichtempfindlichen Elemente kann aus mehreren lichtempfindlichen Einzelelementen zusammengesetzt sein.The surface of these photosensitive elements may be composed of a plurality of individual photosensitive elements.

Die Positionierung in XY-Richtung senkrecht zur optischen Achse wird beispielsweise mit einem oder mehreren XY-Tischen, XY-Schlitten oder XY-Kreuztischen durchgeführt, welche motorisch angetrieben sind. Denkbar sind auch XY-Seilzüge.The positioning in the XY direction perpendicular to the optical axis is performed, for example, with one or more XY tables, XY slides or XY stages, which are motor-driven. Also conceivable are XY cables.

Sollen für zwei Beobachter, die unabhängig voneinander arbeiten wollen, beispielhaft vier parallele lichtempfindliche Elemente in XY-Richtung senkrecht zur optischen Achse im bildseitigen Gesamt-Strahlenbündel als vier Teilstrahlenbündel wahlfrei positionierbar sein, können diese in zwei oder vier übereinanderliegenden XY-Kreuztischen angeordnet sein. Das empfiehlt sich vor allem, wenn die Teilstrahlenbündel mit beispielsweise Vergrösserungs-Systemen oder Systemen zum Einstellen der Bildschärfe oder zum Einstellen des Arbeitsabstandes ausgestattet sind, welche vor dem jeweiligen lichtempfindlichen Element, vorzugsweise optischen Sensor angeordnet sind und damit mit den lichtempfindlichen Elementen in XY-Richtung senkrecht zur optischen Achse mitfahren.For two observers who want to work independently, four parallel light-sensitive elements in the XY direction perpendicular to the optical axis in the image-side total beam as four partial beams to be positioned optionally, they can be arranged in two or four superimposed XY cross tables. This is particularly useful when the partial beams are equipped with, for example, magnification systems or systems for adjusting the image sharpness or adjusting the working distance, which are arranged in front of the respective photosensitive element, preferably optical sensor and thus with the photosensitive elements in the XY direction ride along perpendicular to the optical axis.

Denkbar sind aber auch beispielhaft vier XY-Tische in gleicher Ebene, welche sich die Bereiche des Gesamt-Strahlenbündels teilen, also in Teilbereichen des bildseitigen Gesamt-Strahlenbündels wahlfrei positionierbar sind.However, four XY stages in the same plane, which divide the regions of the total beam, are also possible by way of example, that is, they can be positioned as desired in partial regions of the image-side overall beam.

Diese Vorrichtung erlaubt es, die lichtempfindlichen Elemente in XY-Richtung und damit die Teilstrahlenbündel, welche beispielsweise als Vergrösserungs-Systeme ausgebildet sind, wahlfrei im bildseitigen Gesamt-Strahlenbündel zu positionieren um Bilder der lichtempfindlichen Elemente, vorzugsweise dem optischen Sensor für die Stereo-Abbildung des Objekts auszuwählen und diese bevorzugt der Bildwiedergabevorrichtung bereitzustellen und/oder in der Vorrichtung zu speichern.This device allows the photosensitive elements in the XY direction and thus the partial beams, which are formed for example as magnification systems, optionally in the image-side overall beam to position images of the photosensitive elements, preferably the optical sensor for the stereo imaging of Select object and this preferably the image display device to provide and / or store in the device.

Der Stereo-Objektvergrösserer kann mit einer Bildwiedergabevorrichtung zur Abbildung des Objekts ausgestattet sein, wobei die Übertragung der Bildinformation von dem lichtempfindlichen Element, bzw. von seiner Elektronik-Vorrichtung zur Bildwiedergabevorrichtung vorzugsweise elektrisch oder elektro-optisch kabellos oder mit Kabeln erfolgt.The stereo object magnifier may be equipped with an image reproduction device for imaging the object, wherein the transmission of the image information from the photosensitive element or from its electronic device to the image reproduction device preferably takes place electrically or electro-optically wirelessly or with cables.

Elektro-optisch bedeutet, dass die Bilder vor der Übertragung in der Elektronik-Vorrichtung des lichtempfindlichen Elements in optische Signale umgewandelt werden und die optische Signale in der Bildwiedergabevorrichtung wieder in elektrische umgewandelt werden, d. h. eine optische Daten-Schnittstelle ausgebildet ist. Die Bildwiedergabevorrichtung kann mit einem Speicher zum Speichern der Stereoabbildungen ausgestattet sein.Electro-optic means that the images are converted to optical signals prior to transmission in the electronics device of the photosensitive element and the optical signals in the image display device are converted back to electrical, i. H. an optical data interface is formed. The image display device may be equipped with a memory for storing the stereo images.

Der Stereo-Objektvergrösserer kann mit einem System zum Einstellen der Bildschärfe oder zum Einstellen des Arbeitsabstandes ausgebildet sein, welches das Abbild des Objekts über das Gesamt-Strahlenbündel erfasst. Ebenso kann der Stereo-Objektvergrösserer mit einem Vergrösserungs-System ausgestattet sein, welches ein Abbild des Objekts über das Gesamt-Strahlenbündel vergrössert.The stereo object magnifier may be formed with a system for adjusting the image sharpness or for adjusting the working distance, which captures the image of the object over the entire beam. Likewise, the stereo object magnifier may be equipped with a magnification system which magnifies an image of the object over the entire beam.

Des weiteren kann der Stereo-Objektvergrösserer mit einer Abbildungsoptik ausgestattet sein, welche das Abbild des Objekts auf das/die jeweiligen) lichtempfindliche(n) Element(e), vorzugsweise optische(n) Sensoren entweder über das Gesamt-Strahlenbündel oder die Teilstrahlenbündel abbildet. Diese dienen zur Anpassung der Abbildung des Gesamt-Strahlenbündels bzw. der Teilstrahlenbündel an die Grösse des bzw. der lichtempfindliche(n) Element(e). Furthermore, the stereo object magnifier can be equipped with imaging optics which image the image of the object onto the respective photosensitive element (s), preferably optical sensors, either over the entire beam or the partial beams. These are used to adapt the image of the total beam or the partial beam to the size of the or the photosensitive element (s).

In den Figuren werden verschiedene Ausführungsformen des Stereo-Objektvergrösserers gezeigt:In the figures, various embodiments of the stereo object magnifier are shown:

Die 1, 2 und 3 zeigen den erfindungsgemässen Stereo-Objektvergrösserer umfassend ein Objektiv 10 mit einer optischen Achse 11 und einer Objektebene 6, wobei das Objekt 7 im wesentlichen über das Objektiv 10 aus einem objektseitigen Strahlenbündel mit dem Winkelbereich 8 in ein bildseitiges Gesamt-Strahlenbündel 9 überführt wird.The 1 . two and 3 show the inventive stereo object magnifier comprising a lens 10 with an optical axis 11 and an object plane 6 , where the object 7 essentially over the lens 10 from an object-side beam with the angular range 8th in an image-side total beam 9 is transferred.

Dieses bildseitige Gesamt-Strahlenbündel wird auf genau ein lichtempfindliches Element 23 abgebildet, welches vorzugsweise ein optischen Sensor ist.This image-side total beam becomes exactly one photosensitive element 23 shown, which is preferably an optical sensor.

Im Stereo-Objektvergrösserer der 2 wird das bildseitige Gesamt-Strahlenbündel 9 als Ganzes auf das lichtempfindliche Element 23 abgebildet.In the stereo Objectvergrösserer the two becomes the image-side total beam 9 as a whole on the photosensitive element 23 displayed.

Damit sind verschiedene Ausschnitte des lichtempfindliches Elements und damit beliebige Teilstrahlenbündel wahlfrei für die Stereobilder des Objekts auswählbar.Thus, different sections of the photosensitive element and thus arbitrary partial beams are optional for the stereo images of the object selectable.

Der Abstand der jeweiligen beliebig ausgewählten Teilstrahlenbündel 2 oder 3 zur optischen Achse ist damit variabel und die Stereobilder müssen nicht mehr um die optische Achse verlaufen, der Betrachter kann beispielsweise ein Stereobild auswählen, bei dem die Achse durch den Mittelpunkt des rechten Bildes und durch den Mittelpunkt des linken Bildes und nicht durch die optische Achse geht, wie in 8 als Draufsicht gezeigt.The distance between the respective arbitrarily selected partial beams two or 3 to the optical axis is so variable and the stereo images no longer have to go around the optical axis, the viewer can, for example, select a stereo image in which the axis passes through the center of the right image and through the center of the left image and not through the optical axis , as in 8th shown as a top view.

Der Stereo-Objektvergrösserer der 2 enthält weiterhin ein System zum Einstellen der Bildschärfe oder zum Einstellen des Arbeitsabstandes 18, welches das Abbild des Objekts über das Gesamt-Strahlenbündel erfasst, ein Vergrösserungs-System 17, welches das Abbild des Objekts über das Gesamt-Strahlenbündel vergrössert sowie eine Abbildungsoptik 19, welche das Abbild des Objekts auf das lichtempfindliche Element über das Gesamt-Strahlenbündel abbildet.The stereo object magnifier two also includes a system for adjusting the focus or adjusting the working distance 18 , which captures the image of the object over the entire beam, an enlargement system 17 which magnifies the image of the object over the total beam and an imaging optics 19 which images the image of the object on the photosensitive element over the entire beam.

In den Stereo-Objektvergrösserern der 1 und 3 wird das bildseitige Gesamt-Strahlenbündel 9 in zwei oder mehrere im wesentlichen parallele bildseitige Teilstrahlenbündel 2 und 3 überführt, indem ein Vergrösserungs-System 16 ausgebildet ist, welches nur Teile des Gesamt-Strahlenbündels vergrössert. Diese bildseitigen Teilstrahlenbündel 2 und 3 werden auf genau ein lichtempfindliches Element abgebildet. Es können mehr Teilstrahlenbündel im Stereo-Objektvergrösserer ausgebildet sein, z. B. Teilstrahlenbündel 2, 3, 4, 5; der Übersichtlichkeit halber werden hier nur zwei dargestellt.In the stereo object magnifiers the 1 and 3 becomes the image-side total beam 9 in two or more substantially parallel image-side partial beams two and 3 transferred by an enlargement system 16 is formed, which only increases parts of the total beam. These image-side partial beams two and 3 are mapped to exactly one photosensitive element. It can be formed in the stereo Objectvergrösserer more partial beams, z. B. partial beams two . 3 . 4 . 5 ; for the sake of clarity, only two are shown here.

Die bildseitigen Teilstrahlenbündel 2 und 3, die in den 1 und 3 als Vergrösserungs-System 16 ausgebildet sind, sind parallel zur optische Achse drehbar und/oder in XY-Richtung senkrecht zur optischen Achse verschiebbar.The image-side partial beams two and 3 that in the 1 and 3 as an enlargement system 16 are formed, are rotatable parallel to the optical axis and / or displaceable in the XY direction perpendicular to the optical axis.

Der Stereo-Objektvergrösserer der 1 enthält weiterhin ein System zum Einstellen der Bildschärfe oder zum Einstellen des Arbeitsabstandes 18, welches das Abbild des Objekts über das Gesamt-Strahlenbündel erfasst.The stereo object magnifier 1 also includes a system for adjusting the focus or adjusting the working distance 18 which captures the image of the object over the entire beam.

Die Stereo-Objektvergrösserer der 1 und 3 enthalten eine Abbildungsoptik 19, welche das Abbild des Objekts auf das lichtempfindliche Element über das Gesamt-Strahlenbündel abbildet.The stereo object magnifiers of 1 and 3 contain an imaging optics 19 which images the image of the object on the photosensitive element over the entire beam.

Die 4 zeigt ein Stereo-Objektvergrösserer bei dem das bildseitige Gesamt-Strahlenbündel 9 in vier im wesentlichen parallele bildseitige Teilstrahlenbündel 2, 3, 4 und 5 (es können mehr Teilstrahlenbündel sein, der Übersichtlichkeit halber werden in den Figuren nur vier dargestellt) überführt werden und jedes parallele bildseitige Teilstrahlenbündel 2, 3, 4 und 5 auf je ein lichtempfindliches Element 22 abgebildet wird, welche in XY-Richtung senkrecht zur optischen Achse in Teilbereichen des bildseitigen Gesamt-Strahlenbündel wahlfrei positionierbar sind.The 4 shows a stereo object magnifier in which the image-side overall beam 9 in four substantially parallel image-side partial beams two . 3 . 4 and 5 (It can be more partial beams, for clarity, only four are shown in the figures) are transferred and each parallel image-side partial beams two . 3 . 4 and 5 on each a photosensitive element 22 is shown, which can be optionally positioned in the XY direction perpendicular to the optical axis in partial regions of the image-side total beam.

Die Teilbereiche sind durch vier XY-Tische 29 realisiert, in welchen jeweils die lichtempfindlichen Elemente 22 und damit die Teilstrahlenbündel 2, 3, 4 und 5 in den Teilbereichen wahlfrei positionierbar sind. Die lichtempfindlichen Elemente 22 sind jeweils mit einem Vergrösserungs-System 21 und einer Abbildungsoptik 20 ausgebildet.The sections are divided into four XY tables 29 realized, in which each of the photosensitive elements 22 and thus the partial beams two . 3 . 4 and 5 are freely positionable in the subareas. The photosensitive elements 22 each with a magnification system 21 and an imaging optics 20 educated.

Der Stereo-Objektvergrösserer der 4 enthält ein System zum Einstellen der Bildschärfe oder zum Einstellen des Arbeitsabstandes 18, welches das Abbild des Objekts über das Gesamt-Strahlenbündel erfasst.The stereo object magnifier 4 includes a system for adjusting the focus or adjusting the working distance 18 which captures the image of the object over the entire beam.

5 zeigt verschiedene Varianten der XY-Tische; 5 shows different variants of the XY tables;

5a zeigt vier XY-Tische 29, in welchen jeweils die lichtempfindlichen Elemente 22 und damit die Teilstrahlenbündel 2, 3, 4, 5 in den Teilbereichen wahlfrei positionierbar sind. 5a shows four XY tables 29 in which in each case the photosensitive elements 22 and thus the partial beams two . 3 . 4 . 5 are freely positionable in the subareas.

5b. zeigt einen XY-Tisch 26, in dem die lichtempfindlichen Elemente 22 in zwei übereinanderliegenden XY-Bahnen in XY-Richtung senkrecht zur optischen Achse wahlfrei im bildseitigen Gesamt-Strahlenbündel positionierbar sind. 5b , shows an XY table 26 in which the photosensitive elements 22 in two superimposed XY paths in the XY direction perpendicular to the optical axis are optionally positionable in the image-side overall beam.

5c. zeigt einen XY-Tisch 27, in dem die lichtempfindlichen Elemente 22 in zwei übereinanderliegenden XY-Bahnen wahlfrei im bildseitigen Gesamt-Strahlenbündel positionierbar sind um Bilder der lichtempfindlichen Elemente für die Stereo-Abbildung des Objekts auszuwählen. 5c , shows an XY table 27 in which the photosensitive elements 22 in two superimposed XY-tracks can be optionally positioned in the image-side total beam to select images of the photosensitive elements for stereo imaging of the object.

6 zeigt ein lichtempfindlichen Elemente 22, vorzugsweise einen optischen Bildsensor, der mit einem Vergrösserungs-System 21 und einer Abbildungsoptik 20 realisiert ist und damit ein Teilstrahlenbündel darstellt. 6 shows a photosensitive element 22 , preferably an optical image sensor, with an enlargement system 21 and an imaging optics 20 is realized and thus represents a partial beam.

7 zeigt ein eine Ausführungsform eines lichtempfindlichen Elements 28 von der Unterseite, welches aus zwei lichtempfindlichen Elementen 24 und 25 besteht, die beispielsweise für verschiedene Empfindlichkeiten oder verschiedene Wellenlängen wie sichtbarer und nichtsichtbarer Bereich ausgelegt sind. 7 Figure 1 shows an embodiment of a photosensitive element 28 from the bottom, which consists of two photosensitive elements 24 and 25 For example, they are designed for different sensitivities or different wavelengths such as visible and non-visible range.

8 zeigt ein Stereobild als Draufsicht, bei dem die Achse durch den Mittelpunkt des rechten Bildes und durch den Mittelpunkt des linken Bildes und nicht durch die optische Achse 11 geht. Das rechte Teilstrahlenbündel 2 und damit das Bild für das rechte Auge und das linke Teilstrahlenbündel 3 und damit das Bild für das linke Auge ergeben ein Stereobild, welches nicht durch die optische Achse 11 geht. Damit kann der Benutzer Stereobilder betrachten, welche wahlfrei aus dem Gesamt-Strahlenbündel ausgewählt werden. 8th shows a stereo image as a top view, in which the axis through the center of the right image and through the center of the left image and not through the optical axis 11 goes. The right partial beam two and thus the image for the right eye and the left partial beam 3 and thus the image for the left eye yield a stereo image, which is not due to the optical axis 11 goes. This allows the user to view stereo images which are optionally selected from the overall beam.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 10300925 [0003, 0007]

Claims

Stereo Objectvergrösserer for imaging an object in stereo, comprising a lens having an optical axis and an object plane, wherein the object is substantially transferred via the lens from an object-side beam in the angular range in an image-side overall beam, said image-side overall beam as a whole is fully imaged via an imaging optics to exactly one photosensitive element, preferably an optical sensor such as a CCD sensor or CMOS sensor and optionally pairs of sections of the photosensitive element and thus optionally in pairs one or more partial beams for the production of one or more stereo images of the object.

A stereo object magnifier according to claim 1, wherein the image side beam is a substantially parallel whole beam.

Stereo object magnifier according to claim 1 and 2, wherein the image-side total beam is transferred into at least two substantially parallel image-side partial beams, the parallel image-side partial beams are in the one image-side overall beam and are parts of the image-side overall beam and this image-side beam as a whole to exactly one photosensitive element, preferably an optical sensor such as a CCD sensor or CMOS sensor is mapped.

Stereo object magnifier according to claim 3, wherein the stereo object magnifier comprises a magnification system which magnifies the images of the partial beams and images on the photosensitive element and in which the partial beams parallel to the optical axis rotatable and / or in the XY direction perpendicular to the optical Axially displaceable formed and optionally generates one or more stereo images of the object with paired sections of the photosensitive element.

Stereo object magnifier according to one of claims 3 or 4, wherein the stereo Objektvergrösserer contains a system for adjusting the image sharpness or adjusting the working distance, which detects the images of the partial beams and images on the photosensitive element and wherein the partial beams parallel to the optical axis are rotatably and / or slidably formed substantially in the XY direction perpendicular to the optical axis and optionally generates one or more stereo images of the object with pairwise cutouts of the photosensitive element.

Stereo object magnifier according to one of claims 1 or 2, comprising an electronic unit which allows to selectively select image sections from the photosensitive element, preferably the optical sensor for stereo imaging of the object, which is preferably provided to the image display device and / or in the electronic unit can be stored.

Stereo object magnifier according to one of Claims 3 to 5, comprising an electronic unit which allows the partial beams to be rotated parallel to the optical axis and / or displaced substantially in the XY direction perpendicular to the optical axis to form images of the photosensitive elements, preferably the photosensitive elements optical sensor for stereo imaging of the object to select, which can be preferably provided to the image display device and / or stored in the electronic unit.

Stereo object magnifier for imaging an object in stereo, comprising a lens having an optical axis and an object plane, wherein the object is transferred substantially via the lens from an object-side beam in the angular range in an image-side parallel overall beam, wherein the image-side total beam is transferred into at least two parallel image-side partial beams, wherein the parallel image-side partial beams are in the one image-side overall beam and are parts of the image-side overall beam, wherein the parallel image-side partial beams are respectively imaged on one or more light-sensitive elements, preferably optical sensors such as CCD sensors or CMOS sensors, which can be positioned in the XY direction perpendicular to the optical axis in each case a portion of the image-side total beam and thus optionally one or more sub-beams are used in pairs for the generation of one or more stereo images of the object.

Stereo object magnifier according to claim 8, comprising an electronic unit for selectively positioning the photosensitive elements, preferably optical sensors, substantially in the XY direction perpendicular to the optical axis to selectively select image sections for stereo imaging of the object, which is preferably provided to the image display device and / / or stored in the electronic unit.

A stereo object magnifier according to any one of claims 8 to 9, wherein the stereo object magnifier includes a magnification system which magnifies the image of the sub-beams, each one Partial beam is formed with its own partial magnification system, which is arranged in front of the respective photosensitive element, preferably optical sensor and thus also in the XY direction perpendicular to the optical axis is optionally positionable freely.

Stereo object magnifier according to one of claims 8 to 10, wherein the stereo object magnifiers comprises a system for adjusting the image sharpness or for adjusting the working distance, each sub-beam being formed with its own subsystem for adjusting the image sharpness or for adjusting the working distance, which is arranged in front of the respective photosensitive element, preferably an optical sensor, and thus can also be positioned optionally in the XY direction perpendicular to the optical axis.

Stereo object magnifier according to one of claims 8 to 11, comprising an electronic unit which allows to selectively position the partial beams with their photosensitive elements to select images of the photosensitive elements, preferably the optical sensor for stereo imaging of the object, which preferably Picture reproducing apparatus are provided and / or stored in the electronic unit.

Stereo object magnifier according to one of the preceding claims, wherein the stereo Objectvergrösserer is equipped with one or more image display devices for imaging of the object, wherein the transmission of the image information from the photosensitive element to the image display devices is preferably carried out electrically or electro-optically wireless or with cables.

Stereo object magnifier according to one of the preceding claims, wherein the stereo object magnifier comprises a position detection of the user and the images for imaging the object according to the position of the user to the optical axis 11 can be displayed and preferably motion coupled or bewegungskoppelbar.

Stereo object magnifier according to one of the preceding claims, wherein the stereo object magnifier comprises a device comprising the images for imaging the object according to the position of the image reproduction device to the optical axis 11 can be displayed and preferably motion coupled or bewegungskoppelbar.

Stereo object magnifier according to one of the preceding claims, wherein the stereo object magnifier includes a system for adjusting the image sharpness or for adjusting the working distance, which detects the image of the object over the entire beam.

Stereo object magnifier according to one of the preceding claims, wherein the stereo object magnifier contains a magnification system which enlarges the image of the object over the entire beam.

Stereo object magnifier according to one of the preceding claims, wherein the stereo object magnifier comprises an imaging optical system which transmits the image of the object to the respective photosensitive element (s), preferably optical sensors, either over the whole Beam or the partial beams.

Stereo object magnifier according to one of the preceding claims, wherein the image reproduction device for stabilizing the image has an image stabilizer.

Stereo object magnifier according to one of the preceding claims, wherein the stereo Objectvergrösserer includes a system for adjusting the image sharpness or for adjusting the working distance, the working distance and the image sharpness are preferably detected automatically and wherein the setting of the image sharpness and the setting of the working distance preferably automatically he follows.

Stereo object magnifier according to one of the preceding claims, wherein the stereo object magnifier comprises a lighting.

Stereo object magnifier according to one of the preceding claims, wherein the stereo Objectvergrösserer has a plurality of photosensitive elements with different receiving areas, wherein the receiving areas are preferably divided into visible light and non-visible light above and non-visible light below the visible light.

Stereo object magnifier according to one of the preceding claims, wherein the stereo object magnifier has photosensitive elements with a recording range of the wavelengths of 200 nm to 1500 nm.

Stereo object magnifier according to one of the preceding claims, wherein the stereo object magnifier has photosensitive elements with a resolution of at least 2 megapixels, preferably 4 megapixels and more preferably at least 8 megapixels.