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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Mitbeobachtertubus für Mikroskope, insbesondere für Operationsmikroskope.
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In der Mikrochirurgie sind Operationsmikroskope unabdingbar für die Arbeit des Operateurs. Das Sichtfeld im Operationsbereich muss optisch soweit vergrößert dargestellt werden, dass der Chirurg auch kleine Strukturen erkennen und manipulieren kann. Die Darstellung muss dabei stereoskopisch erfolgen, um dreidimensionale Sachverhalte zu erkennen und Instrumente dreidimensional führen zu können. Insgesamt muss eine kontrastreiche und scharfe Darstellung gegeben sein. Da chirurgische Eingriffe oft über mehrere Stunden andauern, muss der Einblick in das Mikroskop für den Operateur so gestaltet sein, dass eine ergonomische Arbeitsposition möglich ist.
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Insbesondere bei lang andauernden und komplexen Eingriffen benötigen neben dem Operateur auch weitere Personen, zum Beispiel Assistenten, optische Einblicke in das Mikroskop. Dies wird mit sogenannten Stereomitbeobachter-Tuben (SMB) realisiert. Die Anforderungen sind dabei grundsätzlich ähnlich wie für den Tubus des Hauptbeobachters, allerdings liegt die Priorität natürlich beim Hauptbeobachter-Tubus. Üblicherweise werden SMBs gegenüber (180° versetzt) und/oder 90° zum Hauptbeobachter-Tubus realisiert. Insbesondere die SMB in 90° Positionen sind mit Nachteilen behaftet, wenn häufig benutzte optische Konstruktionen verwendet werden, welche die Stereobasis lediglich aus einem einzigen optischen Kanal des Haupttubus erzeugen. Diese Nachteile sind unter anderem ein geringerer Stereoeindruck, eine geringere Bildhelligkeit sowie eine ergonomisch schlechtere Position für den Benutzer.
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Aufgabe dieser Erfindung ist, die Nachteile der geringeren Bildhelligkeit und der ergonomisch schlechteren Benutzerposition aufzuheben.
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Die Erfindung betrifft einen Mitbeobachtertubus für ein Mikroskop. Der Mitbeobachtertubus umfasst wenigstens einen elektronischen Bildsensor zum Aufnehmen eines Bildes und zum Ausgeben eines das Bild repräsentierenden elektronischen, insbesondere digitalen Bildsignals. Das Bildsignal wird von wenigstens einem zum Anzeigen eines Bildes auf der Basis des empfangenen elektronischen Bildsignals ausgelegten Display, das insbesondere ein LED-Display, ein LCD-Display oder ein OLED-Display sein kann, wiedergegeben. Das wenigstens eine Display und der wenigstens eine elektronische Bildsensor sind durch eine Signalverbindung verbunden. Die Signalverbindung kann drahtlos oder kabelgebunden realisiert sein.
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Der elektronische Mitbeobachtertubus ist mit einer mechanischen Schnittstelle für den Anschluss an einen Mikroskop-Haupttubus ausgestattet. Diese Schnittstelle umfasst einen optischen Eingang, der ein Einkoppeln wenigstens eines aus dem Mikroskop-Haupttubus ausgekoppelten Beobachtungsstrahlenbündels in den Mitbeobachtertubus derart ermöglicht, dass das wenigstens eine eingekoppelte Beobachtungsstrahlenbündel dem wenigstens einen elektronischen Bildsensor zugeführt wird.
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Der erfindungsgemäße Mitbeobachtertubus umfasst außerdem einen Einblick, in dem das wenigstens eine Display angeordnet ist.
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Weiter umfasst der erfindungsgemäße Mitbeobachtertubus ein flexibles Verbindungsstück zwischen der mechanischen Schnittstelle und dem Einblick. Das flexible Verbindungsstück zwischen der mechanischen Schnittstelle und dem Einblick eines erfindungsgemäßen Mitbeobachtertubus kann als Schwanenhals ausgebildet sein.
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Durch die vorteilhafte Ausgestaltung dieses Verbindungsstücks wird dem Benutzer des SMB eine in weiten Bereichen frei wählbare ergonomisch günstige Arbeitshaltung ermöglicht. Gleichzeitig kann durch die elektronische und insbesondere digitale Bildverarbeitung die Helligkeit des Bildes für den Mitbeobachter elektronisch erhöht werden. Außerdem ermöglicht die elektronische Bildübertragung die Verwendung eines besonders einfachen flexiblen Verbindungsstücks, da keine optischen Strahlenbündel zwischen der Schnittstelle und dem Einblick übertragen werden müssen. Die Übertragung optischer Strahlenbündel durch ein flexibles Verbindungsstück wäre mit einem hohen optischen Aufwand verbunden.
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Der optische Eingang des erfindungsgemäßen Mitbeobachtertubus kann insbesondere auch eine Einrichtung zum Generieren eines ersten stereoskopischen Beobachtungsteilstrahlenbündels und eines zweiten stereoskopischen Beobachtungsteilstrahlenbündels aus dem eingekoppelten Beobachtungsteilstrahlenbündel aufweisen, die dem wenigstens einen elektronischen Bildsensor zugeführt werden, so dass eine stereoskopische Mitbeobachtung erfolgen kann. Der erfindungsgemäße Mitbeobachtertubus kann dann zwei elektronische Bildsensoren umfassen. Dabei wird dem einen elektronischen Bildsensor das erste stereoskopische Beobachtungsteilstrahlenbündel und dem anderen einen elektronischen Bildsensor das zweite stereoskopische Beobachtungsteilstrahlenbündel zugeführt. Jeder elektronische Bildsensor gibt damit jeweils ein ein stereoskopisches Teilbild repräsentierendes elektronisches und insbesondere digitales Teilbildsignal aus. In dem Einblick des Mitbeobachtertubus sind dann zwei Displays vorhanden, von denen jedes zum Anzeigen eines der Teilbilder auf der Basis eines empfangenen elektronischen Teilbildsignals ausgelegt ist. Die Signalstrecke ist dazu ausgelegt, die elektronischen Teilbildsignale parallel an die Displays zu übertragen. Der erste und der zweite elektronische Bildsensor können dabei auch als räumlich voneinander getrennte Abschnitte desselben elektronischen Bildsensors realisiert sein. In einer anderen Variante kann der erfindungsgemäße Mitbeobachtertubus lediglich einen einzigen elektronischen Bildsensor umfassen. Der Mitbeobachtertubus umfasst dann zwei Displays und eine Umschalteinheit, beispielsweise einen Kippspiegel oder eine Kippspiegelmatrix (DMD, Digital Mirror Device). Die Umschalteinheit führt dem elektronischen Bildsensor das erste stereoskopische Beobachtungsteilstrahlenbündel und das zweite stereoskopische Beobachtungsteilstrahlenbündel zeitsequentiell zu. Dem elektronischen Bildsensor ist ein Codierer (auch Multiplexer genannt) zugeordnet. Dieser codiert das elektronische Bildsignal derart, dass es in zeitsequentieller Folge einen dem ersten Display zugeordneten, das erste stereoskopische Teilbild repräsentierenden Signalabschnitt sowie einen dem zweiten Display zugeordneten, das zweite stereoskopische Teilbild repräsentierenden Signalabschnitt beinhaltet. Den Displays ist ein Decodierer (auch Demultiplexer genannt) zugeordnet. Dieser führt jedem Display denjenigen Signalabschnitt zu, der das dem jeweiligen Display zugeordnete stereoskopische Teilbild repräsentiert.
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Wenn der Mitbeobachtertubus lediglich einen einzigen elektronischen Bildsensor umfasst, kann dieser um eine senkrecht zu seiner Sensorfläche und durch seinen geometrischen Schwerpunkt verlaufende Drehachse drehbar angeordnet sein. So wird ein Drehen der Orientierung des aufgenommenen Beobachtungsstrahlenbündels bzw. der aufgenommenen Beobachtungsteilstrahlenbündel ermöglicht, um dadurch beispielsweise die Bildorientierung an die Position des Mitbeobachters relativ zum Beobachtungsobjekt anpassen zu können. Wenn der Mitbeobachtertubus zwei elektronische Bildsensoren umfasst, können diese zur Bilddrehung um eine senkrecht zu ihren Sensorflächen und durch den Mittelpunkt einer Verbindungslinie zwischen ihren geometrischen Schwerpunkten verlaufende Drehachse drehbar angeordnet sein.
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Innerhalb des erfindungsgemäßen Mitbeobachtertubus kann dem wenigstens einen elektronischen Bildsensor ein drehbares Prisma oder eine drehbare Prismenanordnung zugeordnet sein. Wenn dem wenigstens einen elektronischen Bildsensor lediglich ein Beobachtungsstrahlenbündel zugeführt wird, dreht eine Drehung des Prismas oder der Prismenanordnung das Beobachtungsstrahlenbündel um die optische Achse des Beobachtungsstrahlenbündels. Wenn dem wenigstens einen elektronischen Bildsensor ein erstes und ein zweites Beobachtungsteilstrahlenbündel zugeführt werden, dreht eine Drehung des Prismas oder der Prismenanordnung die Beobachtungsteilstrahlenbündel um den Mittelpunkt einer Verbindungslinie zwischen den Zentren der beiden Beobachtungsteilstrahlenbündel. Mit dem drehbaren Prisma bzw. der drehbaren Prismenanordnung kann eine Drehung des Bildes zur Anpassung an die Position des Mitbeobachters realisiert werden.
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Ein erfindungsgemäßer Mitbeobachtertubus kann wenigstens eine motorisierte Drehvorrichtung, die ein Drehen des wenigstens einen drehbar angeordneten Bildsensors oder des drehbaren Prismas bzw. der drehbaren Prismenanordnung ermöglicht, und eine der Drehvorrichtung zugeordnete Nutzerschnittstelle umfassen. Die Nutzerschnittstelle ermöglicht dabei einem Nutzer das Steuern einer Drehung der wenigstens einen drehbar angeordneten Kamera oder des drehbaren Prismas bzw. der drehbaren Prismenanordnung mit Hilfe der wenigstens einen Drehvorrichtung. Durch ein motorisiertes Drehen des elektronischen Bildsensors können im Vergleich zu einer manuellen Drehung Schwingungen des Mikroskops einfacher vermieden werden.
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Die mechanische Schnittstelle zwischen Haupttubus und Mitbeobachtertubus kann auch eine Stromversorgung für den Mitbeobachtertubus umfassen.
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Erfindungsgemäß wird außerdem ein Mikroskop und insbesondere ein Operationsmikroskop mit einem Hauptbeobachtertubus und einem erfindungsgemäßen Mitbeobachtertubus zur Verfügung gestellt. Ein solches Mikroskop ermöglicht eine ergonomisch günstige Position des Mitbeobachters und gleichzeitig ein helles Bild im Einblick für den Mitbeobachter.
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Weitere Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren.
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1 zeigt ein typisches Beispiel für Operationsmikroskope
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2 zeigt ein Prinzipschaubild für einen erfindungsgemäßen Mitbeobachtertubus mit zwei Bildsensoren
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3 zeigt ein Prinzipschaubild für einen erfindungsgemäßen Mitbeobachtertubus mit einem Bildsensor
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4 zeigt eine beobachterseitige Draufsicht auf das Objektiv mit Andeutungen der Strahlbündelauskoppelungen
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5 zeigt die Anordnung der Drehvorrichtung für den Mitbeobachtertubus mit zwei elektronischen Bildsensoren
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6 zeigt die Anordnung der Drehvorrichtung für den Mitbeobachtertubus mit einem elektronischen Bildsensor
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1 zeigt in einer schematischen Darstellung ein typisches Beispiel für den Aufbau eines Operationsmikroskops 101. Das dargestellte Operationsmikroskop 101 umfasst ein einem Beobachtungsobjekt 104 zuzuwendendes Objektiv 105, das im vorliegenden Beispiel als eine aus wenigstens zwei bzw. drei miteinander verkitteten Teillinsen aufgebaute Achromat- oder Apochromatlinse dargestellt ist. Das Beobachtungsobjekt 104 wird in der Brennebene des Objektivs 105 angeordnet, so dass es nach Unendlich abgebildet wird, also ein vom Beobachtungsobjekt 104 ausgehendes divergentes Strahlenbündel 107 bei seinem Durchgang durch das Objektiv 105 in ein paralleles Strahlenbündel 109 umgewandelt wird.
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Statt lediglich einer Achromat- oder einer Apochromatlinse, wie sie im vorliegenden Beispiel als Objektiv 105 Verwendung findet, kann auch ein Objektivlinsensystem aus mehreren Einzellinsen Verwendung finden, etwa ein so genanntes Vario-Objektiv, mit dem sich die Schnittweite des Operationsmikroskops 101, d.h. der Abstand der Brennebene vom Objektiv 105, variieren lässt. Durch Variieren der Schnittweite kann ein Operationsmikroskop mit Vario-Objektiv an unterschiedliche Arbeitsabstände angepasst werden, ohne dass die Position des Operationsmikroskops selbst verändert zu werden braucht. Auch in einem solchen Vario-System wird der in der Brennebene angeordnete Gewebebereich 104 nach Unendlich abgebildet, so dass auch bei einem Vario-Objektiv beobachterseitig ein paralleles Strahlenbündel vorliegt.
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Beobachterseitig des Objektivs 105 ist im vorliegenden Beispiel eine optische Schnittstelle 140A, 140B zur Auskoppelung von Strahlenbündeln 120A, 120B für Mitbeobachter angeordnet, die wie dargestellt durch Strahlteilerprismen realisiert sein kann. Grundsätzlich können aber auch andere Arten von Strahlteilern Verwendung finden, bspw. teildurchlässige Spiegel. Da in der gezeigten Anordnung jedem Mitbeobachter jeweils nur eines der ausgekoppelten Strahlenbündel 120A, 120B zugeführt wird, müssen stereoskopische Teilstrahlenbündel aus einem einzigen Teilstrahlenbündel 109A, 109B des Hauptbeobachterstrahlengangs generiert werden, wodurch die Eintrittspupillen der Mitbeobachterteilstrahlengangs deutlich kleiner als die Eintrittspupillen der Hauptbeobachterteilstrahlengangs sind. Das Bild des Mitbeobachters ist deshalb merkbar lichtschwächer als das des Hauptbeobachters. Die Erfindung kann dies für den Mitbeobachter durch entsprechende Verstärkung der Helligkeit im Rahmen der elektronischen Bildverarbeitung kompensieren. Neben einer Verringerung der zur Verfügung stehenden Lichtstärke für den Mitbeobachter gegenüber dem Hauptbeobachter steht aufgrund des Generierens der beiden stereoskopischen Teilstrahlenbündel für den Mitbeobachter aus einem einzigen stereoskopischen Teilstrahlenbündel des Hauptbeobachters auch nur eine im Vergleich zum Hauptbeobachter verringerte Basis zur stereoskopischen Darstellung zur Verfügung.
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4 zeigt eine alternative Ausgestaltung der Schnittstelle 140 im Mikroskop 101. Das Beobachterstrahlenbündel 120 wird hier nicht aus dem Strahlengang für den Hauptbeobachter 109A, 109B ausgekoppelt, sondern als separates Strahlenbündel aus dem Strahlengang des Hauptobjektivs 105 entnommen. Ähnlich zur in 1 gezeigten Anordnung der Schnittstelle sind für den Mitbeobachter die Lichtstärke und die Stereobasis im Vergleich zum Hauptbeobachter verringert. Vorteilhaft verglichen mit der in 1 dargestellten Variante der Schnittstellenanordnung 140 kann allerdings eine Reduktion der Helligkeit für den Hauptbeobachter vermieden werden.
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Beobachterseitig der optischen Schnittstelle 140A, 140B zur Auskoppelung von Strahlenbündeln 120A, 120B für Mitbeobachter ist ein Vergrößerungswechsler 111 angeordnet, der entweder wie im dargestellten Beispiel als Zoom-System zur stufenlosen Änderung des Vergrößerungsfaktors oder als so genannter Galilei-Wechsler zur stufenweisen Änderung des Vergrößerungsfaktors ausgebildet sein kann. In einem Zoom-System, das bspw. aus einer Linsenkombination mit drei Linsen aufgebaut ist, können die beiden objektseitigen Linsen verschoben werden, um den Vergrößerungsfaktor zu variieren. Tatsächlich kann das Zoom-System aber auch mehr als drei Linsen, bspw. vier oder mehr Linsen aufweisen, wobei die äußeren Linsen dann auch fest angeordnet sein können. In einem Galilei-Wechsler existieren dagegen mehrere feste Linsenkombinationen, die unterschiedliche Vergrößerungsfaktoren repräsentieren und im Wechsel in den Strahlengang eingebracht werden können. Sowohl ein Zoom-System, als auch ein Galilei-Wechsler wandeln ein objektseitiges paralleles Strahlenbündel in ein beobachterseitiges paralleles Strahlenbündel mit einem anderen Bündeldurchmesser um. Der Vergrößerungswechsler 111 ist dabei häufig bereits Teil des binokularen Strahlengangs des Operationsmikroskops 101, d.h. er weist eine eigene Linsenkombination für jeden stereoskopischen Teilstrahlengang 109A, 109B des Operationsmikroskops 101 auf.
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An den Vergrößerungswechsler 111 kann sich beobachterseitig eine optische Schnittstellenanordnung 113A, 113B anschließen, über die externe Geräte an das Operationsmikroskop 101 angeschlossen werden können und die im vorliegenden Beispiel Strahlteilerprismen 115A, 115B umfasst. Grundsätzlich können aber auch andere Arten von Strahlteilern Verwendung finden, bspw. teildurchlässige Spiegel.
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An die optische Schnittstellenanordnung 113A, 113B schließt sich im Hauptstrahlengang 116A, 116B beobachterseitig ein Hauptbeobachtertubus 117 an. Dieser weist zwei Tubusobjektive 119A, 119B auf, welche das jeweilige parallele Strahlenbündel 109A, 109B auf eine Zwischenbildebene 121 fokussieren, also das Beobachtungsobjekt 104 auf die jeweilige Zwischenbildebene 121A, 121B abbilden. Die in den Zwischenbildebenen 121A, 121B befindlichen Zwischenbilder werden schließlich von Okularlinsen 125A, 125B wiederum nach Unendlich abgebildet, so dass ein Betrachter, etwa ein behandelnder Arzt oder sein Assistent, das Zwischenbild mit entspanntem Auge betrachten kann. Außerdem erfolgt im Binokulartubus mittels eines Spiegelsystems oder mittels Prismen 123A, 123B eine Vergrößerung des Abstandes zwischen den beiden Teilstrahlenbündeln 109A, 109B, um diesen an den Augenabstand des Betrachters anzupassen. Mit dem Spiegelsystem oder den Prismen 123A, 123B erfolgt zudem eine Bildaufrichtung.
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Das Operationsmikroskop 101 ist außerdem mit einer Beleuchtungsvorrichtung 127 ausgestattet, mit der das Beobachtungsobjekt 104 mit Beleuchtungslicht beleuchtet werden kann. Hierzu weist die Beleuchtungsvorrichtung 127 eine Lichtquelle 129, etwa eine Halogenglühlampe, Gasentladungslampe, eine oder mehrere LEDs, etc. auf. Das von der Lichtquelle 129 ausgehende Licht wird über einen Umlenkspiegel 131 in Richtung auf die Oberfläche des Beobachtungsobjekts 104 gelenkt, um diese auszuleuchten. In der Beleuchtungsvorrichtung 127 ist weiterhin eine Beleuchtungsoptik 133 vorhanden, die für eine gleichmäßige Ausleuchtung des gesamten Beobachtungsobjekts 104 sorgt.
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Der Beleuchtungsstrahlengang kann als sog. Schrägbeleuchtung ausgeführt sein, die der schematischen Darstellung am nächsten kommt. In einer solchen Schrägbeleuchtung verläuft der Strahlengang in einem relativ großen Winkel (6° oder mehr) zur optischen Achse des Objektivs 105 und kann wie dargestellt vollständig außerhalb des Objektivs 105 verlaufen. Alternativ besteht jedoch auch die Möglichkeit, den Beleuchtungsstrahlengang der Schrägbeleuchtung durch einen Randbereich des Objektivs 105 hindurch verlaufen zu lassen. Eine weitere Möglichkeit zur Anordnung des Beleuchtungsstrahlengangs ist die sog. 0°-Beleuchtung, bei der der Beleuchtungsstrahlengang durch das Objektiv 105 hindurch verläuft und zwischen den beiden Teilstrahlengängen 109A, 109B, entlang der optischen Achse des Objektivs 105 in Richtung auf das Beobachtungsobjekt 104 in das Objektiv 105 eingekoppelt wird. Schließlich besteht auch die Möglichkeit, den Beleuchtungsstrahlengang als sog. koaxiale Beleuchtung auszuführen, in der ein erster und ein zweiter Beleuchtungsteilstrahlengang vorhanden sind. Die Teilstrahlengänge werden über einen oder mehrere Strahlteiler koaxial zu den optischen Achsen der Beobachtungsteilstrahlengänge 109A, 109B in das Operationsmikroskop eingekoppelt, so dass die Beleuchtung koaxial zu den beiden Beobachtungsteilstrahlengängen verläuft.
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Die Beleuchtungsvorrichtung 127 kann unmittelbar am Operationsmikroskop 101 oder vom Operationsmikroskop 101 entfernt angeordnet sein, etwa am Mikroskopstativ. Das Licht der Lichtquellenvorrichtung wird bei entfernter Anordnung mittels eines Lichtleiters zum Operationsmikroskop 101 geleitet.
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2 zeigt das beispielhafte Prinzipschaubild eines ersten Ausführungsbeispiels für einen Mitbeobachtertubus 200. Der Mitbeobachtertubus 200 umfasst eine mechanische Schnittstelle 201, welche im Bereich der der optischen Schnittstellen 140A + 140B des Operationsmikroskops 101 mit dem Haupttubus verbunden werden kann, und die zwei Optiken 202A, 202B sowie zwei elektronische Bildsensoren 203A, 203B aufweist. Über die Optiken 202A, 202B der mechanischen Schnittstelle 201 wird eines der parallelen Beobachterstrahlenbündel 120A, 120B in den Mitbeobachtertubus 200 eingekoppelt. Dort werden mittels der beiden Optiken 202A und 202B zwei stereoskopische Teilstrahlenbündel 211A und 211B aus dem parallelen Beobachterstrahlenbündel 120 generiert und diese dann auf die elektronischen Sensoren 203A und 203B fokussiert. Somit wird eine stereoskopische Darstellung, wenn auch mit geringerer Stereobasis als für die Hauptbeobachter, aus einem Beobachterstrahlenbündel 120A oder 120B erzeugt. Die optischen Sensoren 203A und 203B setzen die projizierten Teilbilder aus den Teilstrahlenbündeln 211A und 211B in elektronische Signale um, welche die entsprechenden Teilbilder repräsentieren. Die elektronischen Teilbildsignale werden durch eine Signalverbindung 204A und 204B an in einem Einblick 205 angeordnete Displays 206A und 206B übertragen und dort wieder in entsprechende optische stereoskopische Teilbilder umgewandelt. Die so erzeugten Teilstrahlenbündel werden von den Optiken 207A und 207B in parallele Teilstrahlenbündel umgewandelt, sodass der Mitbeobachter die Bilder mit entspanntem Auge wahrnehmen kann.
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Die Schnittstelle 201 kann auch eine Verbindung zur Stromversorgung des Mitbeobachtertubus 200, 300 enthalten.
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Die am Haupttubus 110 zu fixierende mechanische Schnittstelle 201, die Optiken 202A und 202B und die elektronischen Bildsensoren 203A und 203B enthält, und der Einblick 205 sind durch ein flexibles Verbindungsstück 208 miteinander verbunden. Das Verbindungsstück ist so ausgebildet, dass es eine Positionierung des Einblicks 205 gegenüber der am Haupttubus 110 befestigten mechanischen Schnittstelle 201 in einer möglichst frei wählbaren Position ermöglicht. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Verbindungsstück ein sog. Schwanenhals. Die freie Wahlmöglichkeit zur Positionierung ermöglicht dem Beobachter eine ergonomische Haltung bei Verwendung des Mitbeobachtertubus 200.
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3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Mitbeobachtertubus 300, welches nur einen elektronischen Bildsensor 312 aufweist. Dies kann zum Beispiel zur Einsparung von Bauraum vorteilhaft sein. Es werden hier nur die Abweichungen zur Ausführungsvariante des Mitbeobachtertubus 200 mit zwei elektronischen Bildsensoren 203A + 203B beschrieben. In der Variante des Mitbeobachtertubus 300 mit einem einzigen elektronischen Bildsensor 312 werden die von den Optiken 202A und 202B erzeugten stereoskopischen Teilstrahlenbündel 211A und 211B durch den elektronischen Bildsensor 312 alternierend zeitsequentiell aufgenommen und in Signale umgesetzt. Dies wird ermöglicht durch Verwendung einer Umschalteinheit 311 im Strahlengang zwischen den Optiken 202A und 202B und dem elektronischen Bildsensor 312. Der Umschalteinheit 311 kann beispielweise ein Kippspiegel oder eine Kippspiegelmatrix (sogenannte DMD, Digital Mirror Device) sein. Der Umschalteinheit 311 und dem Bildsensor 312 ist ein Codierer 313 zugeordnet, der den die stereoskopischen Teilbilder repräsentierenden Signalen eine Kennung zuordnet, welche den relevanten optischen Kanal 202A oder 202B definiert. Solche Codierer werden üblicherweise in der Technik Multiplexer genannt. Die Signalübertragung 314 umfasst gegenüber der Signalübertragung 204A und 204B nur einen Kanal. Ansonsten ist aber die Variabilität in der technischen Ausführung in beiden Ausführungsbeispielen gleich.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel umfassen die Abweichungen des Einblicks 317 des Mitbeobachtertubus 300 gegenüber dem Einblick 205 des Mitbeobachtertubus 200 des ersten Ausführungsbeispiels vor allem einen Decodierer 315, technisch auch als Demultiplexer bezeichnet. Der Decodierer 315 ordnet die durch die Signalverbindung 314 übertragenen Signale an Hand ihrer Kennung den Displays 206A und 206B zu. Die Displays 206A und 206B setzen die Signale wieder in stereoskopische Teilbilder um und ermöglichen so dem Benutzer einen dreidimensionalen Eindruck des Abbildungsgegenstandes 104.
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In einer besonders vorteilhaften Ausbildung des Mitbeobachtertubus 200 bzw. 300 sowohl des ersten Ausführungsbeispiels als auch des zweiten Ausführungsbeispiels ist die Orientierung der Darstellung des Beobachtungsobjekts 104 für den Nutzer mittels einer Vorrichtung zur Drehung der Darstellung 209 drehbar. So kann beispielsweise die Darstellungsausrichtung auf die – durch das Verbindungsstück 208 frei wählbare – jeweilige Position des Benutzers relativ zum Beobachtungsobjekt 104 angepasst werden. Dies ist besonders vorteilhaft wenn der Benutzer beispielweise als Assistent bei einem chirurgischen Eingriff beteiligt ist und nicht nur als reiner Beobachter fungiert.
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5 zeigt eine erste Ausführungsvariante der Vorrichtung 209 zur Drehung der Darstellung für den Mitbeobachter, wie sie im Mitbeobachtertubus 200 des ersten Ausführungsbeispiels Verwendung finden kann. In dieser Ausführungsvariante werden die Optiken 202A und 202B gemeinsam mit den Sensoren 203A und 203B gedreht. Die Drehachse 220 verläuft dabei senkrecht zu den Sensorflächen und durch den Mittelpunkt einer Verbindungslinie zwischen den geometrischen Schwerpunkten der Sensoren.
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6 zeigt eine zweite Ausgestaltungsvariante der Vorrichtung 209 zur Drehung der Darstellung für den Mitbeobachter, wie sie im Mitbeobachtertubus 300 des zweiten Ausführungsbeispiels Verwendung finden kann. Auch in dieser Ausführungsvariante werden die Optiken 202A und 202B und der optische Sensor 312 gemeinsam bewegt. Die gemeinsame Drehachse 220 verläuft in diesem Fall durch den geometrischen Schwerpunkt des Sensors und senkrecht zu seiner Sensorfläche.
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In beiden Ausführungsvarianten der Vorrichtung zur Drehung des Bildsensors bzw. der Bildsensoren kann dem Bildsensor bzw. den Bildsensoren eine drehbare Prismenanordnung vorgelagert sein, wobei die Drehung des Bildes mittels einer Drehung der Prismenanordnung erfolgt. Die Prismenanordnung kann dabei den Optiken 202A und 202B vorgelagert sein oder im Falle des ersten Ausführungsbeispiels für den Mitbeobachtertubus zwischen den Optiken 202A und 202B und den Bildsensoren angeordnet sein.
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Die Bewegung der Optiken 202A und 202B bzw. der Sensoren 203A, 203B und 312 kann durch eine Drehvorrichtung 209, beispielsweise angetrieben durch einen Elektromotor, erfolgen. Die Bewegung kann durch eine Schnittstelle 210 vom Benutzer gesteuert werden. Die Bewegung der Sensoren kann je nach Ausgestaltung der Schnittstelle 210 zum Beispiel direkt aus der Auslenkung des Verbindungsstücks 208 bestimmt und/oder manuell durch den Benutzer vorgegeben werden. Die Schnittstelle 210 und Drehvorrichtung 209 können vorteilhaft so ausgestaltet werden, dass mechanische oder elektrische Schwingungen gedämpft oder unterdrückt werden.
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Für die Ausbildung der Mitbeobachtertuben 200 bzw. 300 sind zahlreiche weitere Varianten denkbar. Einige werden hier beispielhaft genannt, allerdings erschließen sich weitere selbstverständlich dem Fachmann. Die Optiken 202A und 202B, sowie 207A und 207B können zum Beispiel aus Kombinationen von Linsen, Spiegeln und/oder Prismen bestehen. Die Optiken 207A und 207B entsprechen in ihrer Funktion in etwa den Tubuslinsen 119A und 119B des Hauptbeobachters. Die Optiken 202A und 202B entsprechen in ihrer Funktion in etwa den Okularlinsen 125A und 125B des Hauptbeobachters.
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Die optischen Sensoren 203A und 203B bzw. 312, die Signalverbindung 204A und 204B bzw. 314, die Codierer 312 und Decodierer 315 sowie die Displays 206A und 206B können verschiedenartig miteinander integriert oder kombiniert sein. Die Signalverbindung 204A und 204B bzw. 314 kann kabelgebunden oder drahtlos realisiert sein. Drahtlose Kommunikation kann beispielsweise per Funk, Laser oder Infrarot-Übertragung erfolgen. Zahlreiche Übertragungsprotokolle sind denkbar, zum Beispiel aus der handelsüblichen Computertechnik wie Ethernet oder Industrietechnik wie Profibus. Auch können verschiedenste Formen der Signalaufbereitung stattfinden. Zum Beispiel kann die Bildhelligkeit oder der Bildkontrast verstärkt werden. Auch kann das Bild elektronisch aufgerichtet werden, was im Hauptbeobachtertubus 117 z.B. durch die Prismen 123A und 123B optisch realisiert wird. Diese Aufrichtung kann im erfindungsgemäßen Mitbeobachtertubus bei entsprechender Ausgestaltung unter anderem auch in den Optiken 203A und 203B oder den Optiken 207A und 207B erfolgen. Im Rahmen der elektronischen Signalverarbeitung in den optischen Sensoren 203A, 203B, 312 der Signalübertragungen 204A, 204B, 314 und der Displays 206A und 206B können auch die Teilbilder elektronisch vergrößert werden. Alternativ kann dies durch entsprechende Ausgestaltung der Optiken 203A und 203B oder der Optiken 207A und 207B erfolgen.
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Die Anpassung an den Augenabstand des Beobachters kann durch gemeinsames Verschieben der Displays 206A und 206B mit den Optiken 207A und 207B senkrecht zu deren optischen Achsen erfolgen. Optische Elemente wie die Prismen 123A und 123B im Hauptbeobachtertubus 117 sind dazu nicht erforderlich. Natürlich kann aber auch eine optische Augenabstandsanpassung erfolgen, wenn die Optiken 206A und 206B entsprechend ausgebildet sind.
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Die Displays 206A und 206B können vorzugsweise als LED-Displays, LCD-Displays oder OLED-Displays ausgestaltet sein. LED-Displays und OLED-Displays sind dabei besonders vorteilhaft, da sie selbstleuchtend sind. Es sind auch Varianten mit nur einem Display 206A bzw. 206B denkbar, bei welcher eine Umschalteinheit ähnlich dem im Sensorstrahlengang verwendeten Umschalteinheit 311 verwendet wird, um beide stereoskopische Teilbilder mit einem Display 206A, 206B darzustellen.
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Bezugszeichenliste
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- 101
- Operationsmikroskop
- 104
- Beobachtungsobjekt
- 105
- Objektiv
- 107
- divergentes Strahlenbündel
- 109
- paralleles Strahlenbündel
- 109A
- stereoskopischer Teilstrahlengang
- 109B
- stereoskopischer Teilstrahlengang
- 110
- Haupttubus
- 111
- Vergrößerungswechsler
- 113A, 113B
- Schnittstellenanordnung
- 115A, 115B
- Strahlteilerprismen
- 116A, 116B
- Hauptstrahlengang
- 117
- Hauptbeobachtertubus
- 119A, 119B
- Tubusobjektive
- 120A, 120B
- Beobachterstrahlenbündel
- 121A, 121B
- Zwischenbildebene
- 123A, 123B
- Prismen
- 125A, 125B
- Okularlinsen
- 133A, 133B
- Prismen
- 127
- Beleuchtungsvorrichtung
- 129
- Lichtquelle
- 131
- Umlenkspiegel
- 133
- Beleuchtungsoptik
- 140A, 140B
- Schnittstellenanordnung für Beobachter
- 200
- Mitbeobachtertubus (mit zwei elektronischen Bildsensoren)
- 201
- Schnittstelle
- 202A, 202B
- Optik
- 203A, 203B
- Bildsensor
- 204A, 204B
- Signalverbindung
- 205
- Einblick
- 206A, 206B
- Displays
- 207A, 207B
- Optik
- 208
- flexibles Verbindungsstück
- 209
- Drehvorrichtung Bildsensoren
- 210
- Benutzerschnittstelle Drehen Bildsensoren
- 211A, 211B
- stereoskopische Teilstrahlenbündel
- 220
- Drehachse
- 221
- Prisma
- 301
- Mitbeobachtertubus (mit einem elektronischen Bildsensor)
- 311
- Umschalteinheit
- 312
- Bildsensor
- 313
- Codierer (Multiplexer)
- 314
- Signalverbindung
- 315
- Decodierer (Demultiplexer)
- 317
- Einblick
