DE102015216648B3

DE102015216648B3 - System für das stereoskopische Visualisieren eines Objektbereichs mit drei optischen Kanälen und einem gemeinsamen Bildsensor

Info

Publication number: DE102015216648B3
Application number: DE102015216648.1A
Authority: DE
Inventors: Alois Regensburger; Artur Högele; Christoph Hauger; Markus Seesselberg; Johannes Winterot; Enrico Geissler; Christoph Nieten; David Shafer
Original assignee: Carl Zeiss Meditec AG; Carl Zeiss AG
Current assignee: Carl Zeiss Meditec AG; Carl Zeiss AG
Priority date: 2015-08-31
Filing date: 2015-08-31
Publication date: 2016-11-24
Anticipated expiration: 2035-09-01

Abstract

Die Erfindung betrifft ein System (10, 10', 10'') für das stereoskopische Visualisieren eines Objektbereichs (12) mit einer elektronischen Bilderfassungseinrichtung (14) und mit einer Optikbaugruppe (16), die für das Erfassen von unterschiedlichen Bildern des Objektbereichs (12) mit der Bilderfassungseinrichtung (14) einen ersten optischen Kanal (30) für einen ersten Abbildungsstrahlengang (36) und einen zweiten optischen (32) Kanal für einen zweiten Abbildungsstrahlengang (42) sowie einen dritten optischen Kanal (34) für einen dritten Abbildungsstrahlengang (44) bereitstellt. Die Optikbaugruppe (16) hat ein von dem ersten Abbildungsstrahlengang (36) und dem zweiten Abbildungsstrahlengang (42) sowie dem dritten Abbildungsstrahlengang (44) durchsetztes Hauptobjektivsystem (18) mit einer optischen Achse (20). Erfindungsgemäß enthält die Optikbaugruppe (16) ein von dem ersten Abbildungsstrahlengang (36) durchsetztes erstes Optiksystem (22), ein von dem zweiten Abbildungsstrahlengang (42) durchsetztes zweites Optiksystem (22') und ein von dem dritten Abbildungsstrahlengang (44) durchsetztes drittes Optiksystem (22''), wobei das dritte Optiksystem (22'') in der Optikbaugruppe (16) für das Bewegen senkrecht zu der der optischen Achse (20) des Hauptobjektivsystems (18) verlagerbar angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein System für das stereoskopische Visualisieren eines Objektbereichs, mit einer elektronischen Bilderfassungseinrichtung und mit einer Optikbaugruppe, die für das Erfassen von unterschiedlichen Bildern des Objektbereichs mit der elektronischen Bilderfassungseinrichtung einen ersten optischen Kanal für einen ersten Abbildungsstrahlengang und einen zweiten optischen Kanal für einen zweiten Abbildungsstrahlengang sowie einen dritten optischen Kanal für einen dritten Abbildungsstrahlengang bereitstellt, wobei die Optikbaugruppe ein von dem ersten Abbildungsstrahlengang und dem zweiten Abbildungsstrahlengang sowie dem dritten Abbildungsstrahlengang durchsetztes Hauptobjektivsystem mit einer optischen Achse hat, wobei die Optikbaugruppe ein von dem ersten Abbildungsstrahlengang durchsetztes erstes Optiksystem, ein von dem zweiten Abbildungsstrahlengang durchsetztes zweites Optiksystem und ein von dem dritten Abbildungsstrahlengang durchsetztes drittes Optiksystem aufweist.
Aus der US 6,525,878 B1 ist ein derartiges System für das stereoskopische Visualisieren eines Objektbereichs bekannt. Dieses System enthält zwei voneinander getrennte elektronische Bilderfassungseinrichtungen, denen jeweils zwei stereoskopische Teilstrahlengänge, die ein gemeinsames Mikroskop-Hauptobjektiv durchsetzen, über Strahlteiler zugeführt wird.
Die DE 10 2009 012 897 A1 offenbart ein System für das stereoskopische visualisieren eines Objektbereichs mit drei optischen Kanälen und mit einer elektronischen Bilderfassungseinrichtung. Die Bilderfassungseinrichtung in diesem System enthält für das Erfassen von Bildern des Objektbereichs drei voneinander räumlich getrennte Bildsensoren.
In der DE 41 23 279 A1 ist ein Stereomikroskop für das stereoskopische Visualisieren eines Objektbereichs beschrieben, in dem lediglich zwei, nämlich ein linker und ein rechter Beobachtungsstrahlengang einem gemeinsamen Bildsensor zugeführt werden.
Die DE 42 12 924 A1 offenbart ein als Stereomikroskop ausgebildetes System für das stereoskopische visualisieren eines Objektbereichs, in dem der Objektbereich mit einem Abbildungsstrahlengang, der ein gemeinsames Mikroskop-Hauptobjektiv durchsetzt, in drei unterschiedlichen optischen Kanälen mit voneinander beabstandeten Bildsensoren erfasst werden kann.
Aus der DE 103 00 925 A1 ist ein Stereomikroskop bekannt, in dem ein linker und rechter stereoskopischer Teilstrahlengang, der durch ein gemeinsames Mikroskop-Hauptobjektiv geführt ist, mit unterschiedlichen Bildsensoren erfasst wird, die drehbar gelagert sind und relativ zu dem Mikroskop-Hauptobjektiv bewegt werden können. Den unterschiedlichen Bildsensoren ist jeweils eine Abbildungsoptik zugeordnet, die mit den Bildsensoren bewegungsgekoppelt ist.
In der DE 10 2014 102 248 A1 ist ein Stereomikroskop beschrieben, in dem ein linker und rechter stereoskopischer Teilstrahlengang mit einer Kamera durch ein der Kamera zugeordnetes Zoomsystem erfasst werden kann. Der linke und der rechte stereoskopische Teilstrahlengang durchsetzen hier ein gemeinsames Mikroskop-Hauptobjektiv, wobei die von dem linken und rechten stereoskopischen Teilstrahlengag in der Ebene des Mikroskop-Hauptobjektivs gebildete Stereobasis gedreht werden kann. Relativ zu der Kamera ist das der Kamera zugeordnete Zoomsystem ortsfest.
Die DE 93 01 434 U1 beschreibt ein Video-Stereomikroskop, in dem es drei oder mehr elektro-optische Detektorelemente gibt, die verschiedene optische Kanäle mit entsprechenden Abbildungsstrahlengängen definieren, damit der Objektbereich einer Beobachtungsperson an einem Monitor das in voneinander verschiedenen diskreten Perspektiven angezeigt werden kann.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein System für das Visualisieren eines Objektbereichs, insbesondere eines Operationsbereichs bereitzustellen, mit dem das stereoskopische Visualisieren des Objektbereichs mit einer Vielzahl von unterschiedlichen Perspektiven ermöglicht wird.
Diese Aufgabe wird durch das in Anspruch 1 angegebene System für das stereoskopische Visualisieren eines Objektbereichs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Ein erfindungsgemäßes System für das stereoskopische Visualisieren eines Objektbereichs hat eine elektronische Bilderfassungseinrichtung und enthält eine Optikbaugruppe, die für das Erfassen von unterschiedlichen Bildern des Objektbereichs mit der Bilderfassungseinrichtung einen ersten optischen Kanal für einen ersten Abbildungsstrahlengang und einen zweiten optischen Kanal für einen zweiten Abbildungsstrahlengang sowie einen dritten optischen Kanal für einen dritten Abbildungsstrahlengang bereitstellt. Die Optikbaugruppe hat ein von dem ersten Abbildungsstrahlengang und dem zweiten Abbildungsstrahlengang sowie dem dritten Abbildungsstrahlengang durchsetztes Hauptobjektivsystem mit einer optischen Achse. Dabei weist die Optikbaugruppe ein von dem ersten Abbildungsstrahlengang durchsetztes erstes Optiksystem, ein von dem zweiten Abbildungsstrahlengang durchsetztes zweites Optiksystem und ein von dem dritten Abbildungsstrahlengang durchsetztes drittes Optiksystem auf, wobei wenigstens das dritte Optiksystem in der Optikbaugruppe für das Bewegen senkrecht zu der der optischen Achse des Hauptobjektivsystems verlagerbar angeordnet ist.
Eine Idee der Erfindung ist es insbesondere, dass das erste Optiksystem und das zweite Optiksystem und das dritte Optiksystem jeweils wenigstens eine für das Variieren des Abbildungsmaßstabs verlagerbare Linse enthält.
Insbesondere ist es eine Idee der Erfindung, dass wenigstens eine mit der Bilderfassungseinrichtung verbundene erste Bilderzeugungseinrichtung für das Erzeugen eines stereoskopischen Bildes des Objektbereichs für einen Hauptbeobachter vorgesehen ist, wobei die erste Bilderzeugungseinrichtung hierzu ein mit der Bilderfassungseinrichtung durch den ersten optischen Kanal erfasstes stereoskopisches Teilbild des Objektbereichs und ein mit der Bilderfassungseinrichtung durch den zweiten optischen Kanal erfasstes stereoskopisches Teilbild des Objektbereichs mit einer von dem ersten optischen Kanal und dem zweiten optischen Kanal auf der dem Objektbereich abgewandten Seite des Hauptobjektivsystems gebildeten Stereobasis erhält.
Die Erfindung ermöglicht damit, mit nur einem ersten und einem zweiten sowie einem Dritten Abbildungsstrahlengang, die in unterschiedlichen optischen Kanälen geführt sind, einem Haupt- und einem Mitbeobachter ein Bild des Objektbereichs mit einem räumlichen Seheindruck und einer unterschiedlichen Perspektive anzuzeigen, indem die Stereobasis für die dem Haupt- und Mitbeobachter angezeigte Bildinformation verschieden ist.
Von Vorteil ist es, wenn das zweite Optiksystem in der Optikbaugruppe für das Bewegen senkrecht zu der der optischen Achse des Hauptobjektivsystems verlagerbar angeordnet ist. Darüber hinaus ist es von Vorteil, wenn die Bilderzeugungseinrichtung eine Lagebestimmungsvorrichtung für das Bestimmen der Lage der senkrechten Projektion der Verbindungslinie der Augen des Hauptbeobachters in die zu der optischen Achse des Hauptobjektivsystems senkrechte Ebene aufweist. Auf diese Weise ist es möglich, einem Hauptbeobachter den Objektbereich ortsrichtig und mit einer dem natürlichen Sehen entsprechenden Perspektive anzuzeigen.
Die Erfindung schlägt insbesondere vor, dass eine mit der Lagebestimmungsvorrichtung gekoppelte Verlagerungseinrichtung für das Verlagern des ersten Optiksystems senkrecht zu der optischen Achse des Hauptobjektivsystems vorgesehen ist, damit die von dem ersten optischen Kanal und dem zweiten optischen Kanal auf der dem Objektbereich abgewandten Seite des Hauptobjektivsystems gebildeten Stereobasis zu der senkrechten Projektion der Verbindungslinie der Augen des Hauptbeobachters in die zu der optischen Achse des Hauptobjektivsystems senkrechte Ebene parallel ist.
Das zweite Optiksystem in der Optikbaugruppe für das Bewegen senkrecht zu der der optischen Achse des Hauptobjektivsystems kann dabei verlagerbar angeordnet ein. Insbesondere kann die mit der Lagebestimmungsvorrichtung gekoppelte Verlagerungseinrichtung auch für das Verlagern des zweiten Optiksystems senkrecht zu der optischen Achse des Hauptobjektivsystems ausgelegt sein, damit die von dem ersten optischen Kanal und dem zweiten optischen Kanal auf der dem Objektbereich abgewandten Seite des Hauptobjektivsystems gebildete Stereobasis zu der senkrechten Projektion der Verbindungslinie der Augen des Hauptbeobachters in die zu der optischen Achse des Hauptobjektivsystems senkrechte Ebene parallel ist.
Eine Idee der Erfindung ist es z. B., dass die von dem ersten optischen Kanal und dem zweiten optischen Kanal auf der dem Objektbereich abgewandten Seite des Hauptobjektivsystems gebildete Stereobasis eine konstante Länge hat. Eine Idee der Erfindung ist es aber auch, für die von dem ersten optischen Kanal und dem zweiten optischen Kanal auf der dem Objektbereich abgewandten Seite des Hauptobjektivsystems gebildete Stereobasis eine maximierte Länge vorzusehen.
Die Erfindung schlägt auch vor, dass wenigstens eine mit der Bilderfassungseinrichtung verbundene weitere Bilderzeugungseinrichtung für das Erzeugen eines stereoskopischen Bildes des Objektbereichs für einen Mitbeobachter vorgesehen ist, wobei die wenigstens eine weitere Bilderzeugungseinrichtung hierzu ein mit der Bilderfassungseinrichtung durch den dritten optischen Kanal erfasstes stereoskopisches Teilbild des Objektbereichs und ein durch den ersten optischen Kanal erfasstes stereoskopisches Teilbild des Objektbereichs mit einer von dem dritten optischen Kanal und dem ersten optischen Kanal auf der dem Objektbereich abgewandten Seite des Hauptobjektivsystems gebildeten Stereobasis erhält oder ein durch den zweiten optischen Kanal erfasstes stereoskopisches Teilbild des Objektbereichs mit einer von dem dritten optischen Kanal und dem zweiten optischen Kanal auf der dem Objektbereich abgewandten Seite des Hauptobjektivsystems gebildeten Stereobasis erhält.
Die Bilderzeugungseinrichtung kann auch eine Lagebestimmungsvorrichtung für das Bestimmen der Lage der senkrechten Projektion der Verbindungslinie der Augen des Mitbeobachters in die zu der optischen Achse des Hauptobjektivsystems senkrechte Ebene aufweisen. Darüber hinaus kann die Erfindung auch eine mit der Lagebestimmungsvorrichtung gekoppelte Verlagerungseinrichtung für das Verlagern des dritten Optiksystems senkrecht zu der optischen Achse des Hauptobjektivsystems enthalten, damit die von dem dritten optischen Kanal und dem ersten optischen Kanal auf der dem Objektbereich abgewandten Seite des Hauptobjektivsystems gebildeten Stereobasis zu der senkrechten Projektion der Verbindungslinie der Augen des Mitbeobachters in die zu der optischen Achse des Hauptobjektivsystems senkrechte Ebene parallel ist oder damit die von dem dritten optischen Kanal und dem zweiten optischen Kanal auf der dem Objektbereich abgewandten Seite des Hauptobjektivsystems gebildete Stereobasis zu der senkrechten Projektion der Verbindungslinie der Augen des Mitbeobachters in die zu der optischen Achse des Hauptobjektivsystems senkrechte Ebene parallel ist.
Von Vorteil ist es hier, wenn auch die von dem dritten optischen Kanal und dem ersten optischen Kanal auf der dem Objektbereich abgewandten Seite des Hauptobjektivsystems gebildete Stereobasis oder die von dem dritten optischen Kanal und dem zweiten optischen Kanal auf der dem Objektbereich abgewandten Seite des Hauptobjektivsystems gebildete Stereobasis eine konstante Länge hat. Alternativ hierzu ist es aber auch möglich, für die von dem dritten optischen Kanal und dem ersten optischen Kanal auf der dem Objektbereich abgewandten Seite des Hauptobjektivsystems gebildete Stereobasis oder die von dem dritten optischen Kanal und dem zweiten optischen Kanal auf der dem Objektbereich abgewandten Seite des Hauptobjektivsystems gebildete Stereobasis eine maximierte Länge vorzusehen.
Ein erfindungsgemäßes System für das stereoskopische Visualisieren eines Objektbereichs kann insbesondere eine Einrichtung für das Erzeugen eines stereoskopischen Bildes des Objektbereichs mit einem mittels der Bilderfassungseinrichtung durch den dritten optischen Kanal erfassten stereoskopischen Teilbild des Objektbereichs und mit einem mittels der Bilderfassungseirichtung durch den ersten optischen Kanal erfassten stereoskopischen Teilbild des Objektbereichs oder mit einem mittels der Bilderfassungseinrichtung durch den dritten optischen Kanal erfassten stereoskopischen Teilbild des Objektbereichs aufweisen und ein mittels der Bilderfassungseirichtung durch den zweiten optischen Kanal erfasstes stereoskopisches Teilbild des Objektbereichs enthalten.
Mit einer Kopplungseinrichtung für das Koppeln der Bewegung der wenigstens einen verlagerbaren Linse in dem ersten Optiksystem mit der Bewegung der wenigstens einen verlagerbaren Linse in dem zweiten Optiksystem und der Bewegung der wenigstens einen verlagerbaren Linse in dem dritten Optiksystem kann in einem erfindungsgemäßen System gewährleistet werden, dass bei einem Variieren des Abbildungsmaßstabs in einem optischen Kanal der Abbildungsmaßstab in den beiden anderen optischen Kanälen gleich ist.
Insbesondere enthält ein erfindungsgemäßes System eine elektronische Bilderfassungseinrichtung für das Erfassen der unterschiedlichen Bilder des Objektbereichs mit einem Bildsensor, der eine Sensorfläche hat, auf welcher der erste Abbildungsstrahlengang und der zweite Abbildungsstrahlengang sowie der dritte Abbildungsstrahlengang den Objektbereich abbildet.
Von Vorteil ist es, wenn die elektronische Bilderfassungseinrichtung in einem erfindungsgemäßen System eine Datentrennstufe für das Aufteilen von mittels des Bildsensors erfassten Bilddaten in wenigstens eine erste Gruppe von Bilddaten und eine zweite Gruppe von Bilddaten sowie eine dritte Gruppe von Bilddaten enthält, denen jeweils ein durch einen unterschiedlichen optischen Kanal in einem unterschiedlichen Abschnitt der Sensorfläche des Bildsensors erfasstes Bild des Objektbereichs zugrunde liegt, die aufgrund einer Information über die Lage des ersten Optiksystems und des zweiten Optiksystems sowie des dritten Optiksystems bestimmt ist.
Da digitale Anzeigegeräte typischerweise einen rechteckige Form und häufig das Seitenverhältnis 16:9 aufweisen, wird erfindungsgemäß aus Interessensbereichen auf der Sensorfläche des Bildsensors ein rechteckiger Darstellungsbereich ausgewählt, der dann tatsächlich als Bildsignal an einen Beobachter übertragen wird. Die Erfinder haben herausgefunden, dass es von Vorteil ist, wenn der Darstellungsbereich auf dem Bildsensor die gleiche Pixelauflösung, z. B. 3840×2160 Pixel und das gleiche Seitenverhältnis wie das elektronische Display für das Beobachterauge aufweisen. Erfindungsgemäß wird deshalb vorgeschlagen, dass bei Bestehen von Abweichungen der Pixelauflösung von Display und Bildsensor ein ausgelesener Bereich nachträglich durch digitales Zoomen mit Bildpunktinterpolation und optional durch weiteren Beschnitt des ausgelesenen Bereichs an das Display angepasst wird. Zu bemerken ist, dass der Darstellungsbereich insbesondere einen Bildbereich als Umkreis umschließen kann, um das vollständige Bild mit dunklen Rändern im Display anzuzeigen. Es ist aber auch möglich, einen Bildbereich als einen Innenkreis auszulegen, um damit dunkle Bereiche an den Displayrändern zu vermeiden.
Insbesondere ist es von Vorteil, wenn die elektronische Bilderfassungseinrichtung eine mit der Datentrennstufe verbundene Bildverarbeitungsstufe für das auf die Lage der senkrechten Projektion der Verbindungslinie der Augen eines Hauptbeobachters und/oder eines Nebenbeobachters in die zu der optischen Achse des Hauptobjektivsystems senkrechte Ebene abgestimmte digitale Rotieren der Bilddaten einer Bilddatengruppe aufweist.
Hier kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Bildverarbeitungsstufe die Helligkeit und/oder die Farbe der Bilddaten der ersten und/oder zweiten und/oder dritten Gruppe von Bilddaten aufgrund einer vorgegebenen Helligkeits- und/oder Farbinformation für die Bilddaten interpoliert.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in der Zeichnung in schematischer Weise dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Es zeigen:
1 ein erstes System für das stereoskopische Visualisieren eines Objektbereichs mit einer Optikbaugruppe, die einen ersten, einen zweiten und einen dritten optischen Kanal für das Erfassen von Bildern des Objektbereichs bereitstellt und die eine Bilderzeugungseinrichtung für einen Hauptbeobachter sowie eine Bilderzeugungseinrichtung für einen Mitbeobachter hat;
2 einen Teilschnitt des Systems entlang der Linie II-II aus 1;
3 einen Teilschnitt des Systems entlang der Linie II-II aus 1 in einer von der in der 2 gezeigten Einstellung verschiedenen zweiten Einstellung;
4 einen Teilschnitt des Systems entlang der Linie II-II aus 1 in einer von der in der 2 gezeigten Einstellung verschiedenen dritten Einstellung;
5 eine Sensorfläche eines Bildsensors in dem System;
6 das Erfassen und Verarbeiten von Bilddaten in dem System für das stereoskopische Visualisieren des Objektbereichs mit einer ersten und mit einer zweiten Bilderzeugungseinrichtung;
7 und 8 das System mit von der in der 1 gezeigten Einstellung verschiedenen Einstellungen des Abbildungsmaßtabs in dem ersten, dem zweiten und dem dritten optischen Kanal;
9 ein zweites erstes System für das stereoskopische Visualisieren eines Objektbereichs mit einer Optikbaugruppe, die einen ersten, einen zweiten und einen dritten optischen Kanal für das Erfassen von Bildern des Objektbereichs bereitstellt, und mit einer Bilderzeugungseinrichtung für einen Hauptbeobachter sowie einer Bilderzeugungseinrichtung für einen Mitbeobachter;
10 bis 14 einen Teilschnitt des zweiten Systems entlang der Linie X-X aus 9 in unterschiedlichen Einstellungen;
15 ein drittes System für das stereoskopische Visualisieren eines Objektbereichs mit einer Optikbaugruppe, die mehr als drei optische Kanäle für das Erfassen von Bildern des Objektbereichs bereitstellt;
16 einen Teilschnitt des dritten Systems entlang der Linie XVI-XVI aus 15;
17 eine Sensorfläche eines Bildsensors in dem System; und
18 das Erfassen und Verarbeiten von Bilddaten in dem System für das stereoskopische Visualisieren des Objektbereichs mit einer ersten und mit einer zweiten Bilderzeugungseinrichtung.
Das in der 1 gezeigte System 10 für das stereoskopische Visualisieren eines Objektbereichs 12 weist eine elektronische Bilderfassungseinrichtung 14 auf und hat eine verstellbare Optikbaugruppe 16. Die Optikbaugruppe 16 enthält ein Hauptobjektivsystem 18 mit einer optischen Achse 20 und ein erstes Optiksystem 22, ein zweites Optiksystem 22' und ein drittes Optiksystem 22''. Die Optiksysteme 22, 22' und 22'' wirken jeweils als ein Monoskop und sind zueinander identisch aufgebaut. Sie enthalten Linsenelemente, die jeweils in einer Halterung 24, 24' und 24'' aufgenommen sind. Dabei ist die Halterung 24'' für die Linsenelemente 22' senkrecht zu der optischen Achse 20 des Hauptobjektivsystems 18 zu den Halterungen 24, 24' der Optiksysteme 22, 22' verlagerbar angeordnet. Ein jedes Optiksystem 22, 22', 22'' weist ein erstes und ein zweites Linsenelement 26, 28 auf, das als ein Kittglied ausgeführt ist und das in einer zu der optischen Achse 20 des Hauptobjektivsystems 18 parallelen Richtung verlagert werden kann.
Ein jedes Optiksystem 22, 22', 22'' weist ein Strahlteiler-Prisma 23 auf, welches das ankommende Licht aufteilt, um es neben einem Bildsensor 40 noch einem weiteren Bildsensor 40 zuzuführen. Das Strahlteiler-Prisma 23 weist dabei eine Teilerschicht auf, die das Licht im sichtbaren Spektralbereich der Wellenlänge 400 nm ≤ λ 700 nm transmittiert und die Licht der Wellenlänge λ ≥ 700 nm im infraroten Spektrums reflektiert. Das Strahlteiler-Prisma 23 dient dazu, das Licht aus dem Objektbereich 12 aufgetrennt nach unterschiedlichen Wellenlängenbereichen zum einen dem Bildsensor 40 und einem weiteren Bildsensor zuzuführen. Damit wird mit der Vorrichtung 10 insbesondere das Erfassen von Fluoreszenzbildern des Objektbereichs 12 ermöglicht, um damit z. B. mit einem Fluoreszenzfarbstoff versetztes tumoröses Körpergewebe zu visualisieren.
Zu bemerken ist, dass das System 10 mit den Optiksysteme 22, 22', 22'' grundsätzlich auch ohne derartige Strahlteiler-Prismen 23 ausgeführt werden kann.
Die Optikbaugruppe 16 stellt einen ersten optischen Kanal 30, einen von dem ersten optischen Kanal 30 verschiedenen zweiten optischen Kanal 32 und einen von dem ersten optischen Kanal 30 und dem zweiten optischen Kanal 32 verschiedenen dritten optischen Kanal 34 bereit. Durch den ersten optischen Kanal 30 ist ein Abbildungsstrahlengang 36 für das Abbilden des Objektbereichs 12 mit einem ersten stereoskopischen Teilbild auf einer Sensorfläche 38 eines Bildsensors 40 in der Bilderfassungseinrichtung 14 geführt. Der zweite optische Kanal 32 ist von einem Abbildungsstrahlengang 42 durchsetzt, der auf der Sensorfläche 38 des Bildsensors 40 ein zweites stereoskopisches Teilbild des Objektbereichs 12 erzeugt. Entsprechend ist durch den dritten optischen Kanal 34 ein dritter Abbildungsstrahlengang 44 geführt, der auf der Sensorfläche 38 des Bildsensors 40 ein weiteres stereoskopisches Teilbild des Objektbereichs 12 hervorruft.
Das Verstellen der Linsenelemente 26, 28 der Optiksysteme 22, 22', 22'' ermöglicht es, den Maßstab der Abbildung des Objektbereichs 12 auf die Sensorfläche 38 des Bildsensors 40 zu variieren.
Die Optikbaugruppe 16 ist in einem an einem Stativ 46 aufgenommenen Systemgehäuse 48 angeordnet. In dem Systemgehäuse 48 sind die Halterungen 24, 24' für die Optiksysteme 22, 22' starr positioniert. Die Halterung 24'' für das Optiksystem 22'' ist demgegenüber in dem Systemgehäuse 48 verlagerbar positioniert. Sie kann mit einer Antriebseinrichtung 50 auf einer kreisförmigen Bewegungsbahn 80 um die optische Achse 20 des Hauptobjektivsystems 18 bewegt werden.
Um die Linsenelemente 26, 28 der Optiksysteme 22, 22', 22'' zu verstellen, gibt es in einem jeden Optiksystem 22, 22', 22'' einen motorischen Antrieb 52, 52', 52''. Damit der Maßstab der Abbildung des Objektbereichs 12 auf die Sensorfläche 38 des Bildsensors 40 in dem ersten, dem zweiten und dem dritten optischen Kanal 30, 32, 34 gleich ist, sind die motorischen Antriebe 52, 52', 52'' der Linsensysteme 22, 22', 22'' mit einer Kopplungseinrichtung 54 elektronisch gekoppelt.
Um einem Hauptbeobachter und/oder einem Mitbeobachter ein Bild des Objektbereichs 12 stereoskopisch und dabei bevorzugt mit Vergrößerung zu visualisieren, gibt es in dem System 10 eine erste Bilderzeugungseinrichtung 56, die mit der Bilderfassungseinrichtung 14 verbunden ist, und eine zweite Bilderzeugungseinrichtung 58, die mit der Bilderfassungseinrichtung 14 verbunden ist.
In dem System 10 ist eine jede Bilderzeugungseinrichtung 56, 58 als ein sogenanntes Head Mounted Display (HMD) ausgebildet, das dem linken und dem rechten Auge 60, 62 des Haupt- bzw. Mitbeobachters jeweils ein stereoskopisches Teilbild des Objektbereichs 12 an einem Display zur Anzeige bringt.
Zu bemerken ist, dass eine Bilderzeugungseinrichtung 56, 58 für das Erzeugen eines stereoskopischen Bildes des Objektbereichs 12 auch als ein digitales Okular gestaltet sein kann, das an einer Halteeirichtung aufgenommen ist und ein oder mehrere Displays für das Anzeigen eines ersten und eines zweiten stereoskopischen Teilbildes enthält, das einem linken und einem rechten Auge 60, 62 eines Haupt- bzw. Mitbeobachters zugeführt wird. Darüber hinaus sei bemerkt, dass eine Bilderzeugungseinrichtung 56, 58 für das Erzeugen eines stereoskopischen Bildes des Objektbereichs 12 auch als ein Bildschirm gestaltet sein kann, der für das Anzeigen von unterschiedlichen stereoskopischen Teilbildern für das linke und rechte Auge 60, 62 des Haupt- bzw. Mitbeobachters z. B. eine Parallaxeblende, ein Farbfilter oder ein Polarisationsfilter enthalten kann. Displays, die in einer vorstehend beschriebenen Bilderzeugungseinrichtung eingesetzt werden können, haben häufig eine rechteckige Grundform und weisen z. B. das Seitenverhältnis 16:9 auf.
In dem System 10 hat eine jede Bilderzeugungseinrichtung 56, 58 eine mit einer Rechnereinheit 64 verbundene Lagebestimmungsvorrichtung 66 für das Bestimmen der Lage der senkrechten Projektion der Verbindungslinie 68 der Augen 60, 62 des Haupt- bzw. Mitbeobachters in eine zu der optischen Achse 20 des Hauptobjektivsystems 18 senkrechte Objektbereichsebene 70.
2 ist ein Schnitt des Systems 10 entlang der Linie II-II aus 1. Der erste, der zweite und der dritte optische Kanal 30, 32, 34 durchsetzt das Hauptobjektivsystem 18 auf der dem Objektbereich 12 abgewandten Seite mit optischen Achsen 72, die zu der optischen Achse 20 des Hauptobjektivsystems 18 parallel sind. Der zweite optische Kanal 32 durchsetzt das Hauptobjektivsystem 18 mit einer optischen Achse 72, die mit der optischen Achse 20 des Hauptobjektivsystems 18 zusammenfällt.
Der erste optische Kanal 30 und der zweite optische Kanal 32 bilden dabei eine Hauptbeobachter-Stereobasis 74. Von dem ersten optischen Kanal 30 und dem dritten optischen Kanal 34 und dem zweiten optischen Kanal 32 und dem dritten optischen Kanal 34 wird eine Mitbeobachter-Stereobasis 78 gebildet.
Einem Hauptbeobachter wird mit der Bilderzeugungseinrichtung 56 ein stereoskopisches Bild des Objektbereichs 12 zur Anzeige gebracht, wenn die Lagebestimmungsvorrichtung 66 die Lage der senkrechten Projektion der Verbindungslinie 68 der Augen 60, 62 des Hauptbeobachters in die zu der optischen Achse 20 des Hauptobjektivsystems 18 senkrechte Objektbereichsebene 70 zu der Hauptbeobachter-Stereobasis 74 parallel ist.
Die Antriebseinrichtung 50 für das Bewegen der Halterung 24'' für das Optiksystem 22'' wird mittels der Rechnereinheit 64 aufgrund der mittels der Lagebestimmungsvorrichtung 66 erfassten Lage der senkrechten Projektion der Verbindungslinie 68 der Augen 60, 62 des Mitbeobachters in der zu der optischen Achse 20 des Hauptobjektivsystems 18 senkrechten Objektbereichsebene 70 durch Bewegen auf der Kreislinie 80 um die optische Achse 20 des Hauptobjektivsystems 18 so gesteuert, dass die von dem ersten optische Kanal 30 und dem dritten optischen Kanal 34 oder dem zweiten optischen Kanal 32 und dem dritten optischen Kanal 34 gebildete Mitbeobachter-Stereobasis 76 zu der erfassten Lage der senkrechten Projektion der Verbindungslinie 68 der Augen 60, 62 des Mitbeobachters in die zu der optischen Achse 20 des Hauptobjektivsystems 18 senkrechte Objektbereichsebene 70 parallel ist.
Die 3 zeigt einen Schnitt des Systems 10 entlang der Linie II-II aus 1 in einer von der in der 2 gezeigten Einstellung verschiedenen zweiten Einstellung. In der 4 ist ein Schnitt des Systems entlang der Linie II-II aus 1 in einer von der in der 2 gezeigten Einstellung verschiedenen dritten Einstellung zu sehen.
Die 5 zeigt die Sensorfläche 38 des Bildsensors 40 in dem System 10 mit den stereoskopischen Teilbildern 82, 84, 86 des Objektbereichs, der durch den Abbildungsstrahlengang 36 durch den ersten optischen Kanal 30, den Abbildungsstrahlengang 42 durch den zweiten optischen Kanal 32 und den Abbildungsstrahlengang 44 durch den dritten optischen Kanal 34 erzeugt wird.
Je nach Position des Optiksystems 22'' wird die Sensorfläche 38 des Bildsensors 40 in unterschiedlichen Abschnitten mit Licht aus dem Objektbereich 12 beaufschlagt, das durch den dritten optischen Kanal 34 auf die Sensorfläche 38 gelangt.
Für das Erzeugen eines stereoskopischen Bilds des Objektbereichs 12 mit der Bilderzeugungseinrichtung 56 werden in dem System 10 die der Geometrie der Bildanzeige mittels der dort angeordneten Displays entsprechenden rechteckförmigen Abschnitte 88, 90 der Sensorfläche 38 in der Bilderfassungseinrichtung 14 verarbeitet. Um mit der Bilderzeugungseinrichtung 58 ein stereoskopisches Bild des Objektbereichs 12 bereitzustellen, werden in dem System 10 die der Geometrie der Bildanzeige mittels der dort angeordneten Displays entsprechenden rechteckförmigen Abschnitte 92, 94 der Sensorfläche 38 in der Bilderfassungseinrichtung 14 ausgewertet.
Die 6 erläutert das Erfassen und Verarbeiten von Bilddaten in dem System 10 für das stereoskopische Visualisieren des Objektbereichs 12 in der Bilderfassungseinrichtung 14.
In der Bilderfassungseinrichtung 14 werden nur quadratischen Bereiche 96, 98, 100 des Sensorfläche 38 des Bildsensors 40 ausgelesen, in denen das stereoskopische Teilbild 82, 84, 86 aus dem ersten optischen Kanal 30 bzw. dem zweiten optischen Kanal 32 bzw. dem dritten optischen Kanal 34 liegt.
Die Bilddaten der quadratischen Bereiche 96, 98, 100 der Sensorfläche 38 werden in der Bilderfassungseinrichtung 14 in einer Konversionsstufe 102 elektrooptisch konvertiert und als optische Signale an eine Datentrennstufe 104 übermittelt, in der die aus dem Bildsensor 40 ausgelesenen Bilddaten in Gruppen 106, 108, 110 von Bilddaten getrennt werden, welche die Bildinformation des stereoskopischen Teilbildes 82, 84, 86 aus dem aus dem ersten optischen Kanal 30 bzw. dem zweiten optischen Kanal 32 bzw. dem dritten optischen Kanal 34 enthalten.
Die Bilderfassungseinrichtung 14 weist eine Bildverarbeitungsstufe 114 auf, in der die zu den Gruppen 106, 108, 110, 112 aufgetrennten Bilddaten eine Bildverarbeitung und Korrektur unterzogen werden. Die korrigierten und verarbeiteten Bilddaten übermittelt die Bildverarbeitungsstufe 114 dann an eine Stufe für die Rotation und Interpolation von Abschnitten 116, 117, 118, 119 der Teilbilder 82, 84, 86, die dann an Displays der Bilderzeugungseinrichtung 56 und der Bilderzeugungseinrichtung 58 als ein linkes und rechtes stereoskopisches Teilbild 120, 122, 124, 126 angezeigt werden.
Bei einer Bewegung des Mitbeobachters um den Objektbereich 12 wird damit das in der Bilderzeugungseinrichtung 58 angezeigte stereoskopische Bild des Objektbereichs 12 gedreht. Je nach Positionierung der Optiksysteme 22, 22', 22'' stellt die Bilderfassungsstufe 114 der Bilderfassungseinrichtung 14 einen der natürlichen Blickperspektive des Mitbeobachters entsprechenden Bildausschnitt bereit.
Die 7 und die 8 zeigen das System 10 mit von der in der 1 gezeigten Einstellung verschiedenen Einstellungen des Abbildungsmaßtabs in dem ersten, dem zweiten und dem dritten optischen Kanal 30, 32, 34. Hier ist im Vergleich zu der in der 1 gezeigten Einstellung die Anordnung der Linsenelemente 26, 28 in den Optiksystemen 22, 22', 22'' verschieden.
Das in der 9 gezeigte System 10' für das stereoskopische Visualisieren eines Objektbereichs hat einen Aufbau, der dem Aufbau des vorstehend beschriebenen Systems 10 grundsätzlich entspricht. Nachfolgend werden deshalb nur die Unterschiede des Systems 10' zu dem System 10 beschrieben. Soweit die Baugruppen und Elemente des Systems 10' zu den Baugruppen und Elementen des Systems 10 identisch sind, haben diese die gleichen Bezugszeichen. Hier sind in dem Systemgehäuse 48 sind der Optikbaugruppe die Halterungen 24, 24', 24'' für die Optiksysteme 22, 22', 22'' verlagerbar angeordnet und können mit Antriebseinrichtungen 50, 50', 50'' jeweils in einer zu optischen Achse 20 des Hauptobjektivsystems 18 senkrechten Ebene bewegt werden. Die 10 bis 14 sind Schnittansichten des Systems 10' entlang der Linie X-X aus 9 und zeigen das System 10' in unterschiedlichen Einstellungen.
Der erste, der zweite und der dritte optische Kanal 30, 32, 34 durchsetzen hier ebenfalls das Hauptobjektivsystem 18 auf der dem Objektbereich 12 abgewandten Seite mit optischen Achsen 72, die zu der optischen Achse 20 des Hauptobjektivsystems 18 parallel sind.
Der erste optische Kanal 30 und der zweite optische Kanal 32 bilden dabei eine Hauptbeobachter-Stereobasis 74. Von dem ersten optischen Kanal 30 und dem dritten optischen Kanal 34 und dem zweiten optischen Kanal 32 und dem dritten optischen Kanal 34 wird eine Mitbeobachter-Stereobasis 76 gebildet.
Einem Hauptbeobachter wird mit der Bilderzeugungseinrichtung 56 ein stereoskopisches Bild des Objektbereichs 12 zur Anzeige gebracht, wenn die Lagebestimmungsvorrichtung 66 die Lage der senkrechten Projektion der Verbindungslinie 68 der Augen 60, 62 des Hauptbeobachters in die zu der optischen Achse 20 des Hauptobjektivsystems 18 senkrechte Objektbereichsebene 70 zu der Hauptbeobachter-Stereobasis 74 parallel ist.
Das System 10' ermöglicht jedoch auch einen Betriebsmodus, in dem die Hauptbeobachter-Stereobasis 74 z. B. entsprechend der Bewegungsbahn 80' verlagert wird, wenn der Hauptbeobachter eine Kopfhaltung in Bezug auf das Systemgehäuse 48 verändert.
Hierzu wird die Antriebseinrichtung 50'', 50' für das Bewegen der Halterung 24, 24' für das Optiksystem 22 und 22' mittels der Rechnereinheit 64 aufgrund der mittels der Lagebestimmungsvorrichtung 66 erfassten Lage der senkrechten Projektion der Verbindungslinie 68 der Augen 60, 62 des Hauptbeobachters in der zu der optischen Achse 20 des Hauptobjektivsystems 18 senkrechten Objektbereichsebene 70 durch Bewegen auf einer Bewegungsbahn 80' so gesteuert, dass die von dem ersten optische Kanal 30 und dem dritten optischen Kanal 34 oder dem zweiten optischen Kanal 32 und dem dritten optischen Kanal 34 gebildete Hauptbeobachter-Stereobasis 74 zu der erfassten Lage der senkrechten Projektion der Verbindungslinie 68 der Augen 60, 62 des Mitbeobachters in die zu der optischen Achse 20 des Hauptobjektivsystems 18 senkrechte Objektbereichsebene 70 parallel ist.
Das System 10' ermöglicht jedoch insbesondere einen Betriebsmodus, in dem die Mitbeobachter-Stereobasis 76 verlagert wird, wenn der Mitbeobachter seine Kopfhaltung in Bezug auf das Systemgehäuse 48 variiert.
Hierzu wird die Antriebseinrichtung 50 für das Bewegen der Halterung 24''' für das Optiksystem 22''' mittels der Rechnereinheit 64 aufgrund der mittels der Lagebestimmungsvorrichtung 66 erfassten Lage der senkrechten Projektion der Verbindungslinie 68 der Augen 60, 62 des Mitbeobachters in der zu der optischen Achse 20 des Hauptobjektivsystems 18 senkrechten Objektbereichsebene 70 durch Bewegen auf einer Bewegungsbahn 80'' so gesteuert, dass die von dem ersten optische Kanal 30 und dem dritten optischen Kanal 34 oder dem zweiten optischen Kanal 32 und dem dritten optischen Kanal 34 gebildete Mitbeobachter-Stereobasis 76 zu der erfassten Lage der senkrechten Projektion der Verbindungslinie 68 der Augen 60, 62 des Mitbeobachters in die zu der optischen Achse 20 des Hauptobjektivsystems 18 senkrechte Objektbereichsebene 70 parallel ist. Die Bewegungsbahn 80'' wird dabei mit der Rechnereinheit 64 so berechnet, dass die Länge der Mitbeobachter-Stereobasis 78 maximal ist. Alternativ hierzu ist es in einem weiteren Betriebsmodus der Vorrichtung 10' auch möglich, mit der Rechnereinheit 64 eine Bewegungsbahn 80'' zu berechnen, auf der die Länge der Mitbeobachter-Stereobasis 78 konstant ist.
Wie in den 11 bis 14 gezeigt, ist die Vorrichtung 10 darüber hinaus dafür ausgelegt, zwei Mitbeobachtern, die einander gegenüberstehen, ein Bild des Objektbereichs 12 mit der Mitbeobachter-Stereobasis 76 zu visualisieren.
Die 15 zeigt ein drittes System 10'' für das stereoskopische Visualisieren eines Objektbereichs 12 mit einer Optikbaugruppe 16, die vier optische Kanäle 30, 32, 34, 35 für das Erfassen von Bildern des Objektbereichs 12 bereitstellt. Das in der 12 gezeigte System 10'' für das stereoskopische Visualisieren eines Objektbereichs 12 hat einen Aufbau, der dem Aufbau der vorstehend beschriebenen Systeme 10, 10' grundsätzlich entspricht. Nachfolgend werden deshalb nur die Unterschiede des Systems 10'' zu den Systemen 10, 10' beschreiben. Soweit die Baugruppen und Elemente des Systems 10'' zu den Baugruppen und Elementen des Systems 10 identisch sind, haben diese die gleichen Bezugszeichen.
Die Optikbaugruppe 16 enthält ein Hauptobjektivsystem 18 mit einer optischen Achse 20 und weist entsprechend der Anzahl der optischen Kanäle 30, 32, 34, 35 ein erstes Optiksystem 22, ein zweites Optiksystem 22' und ein drittes Optiksystem 22'' und ein viertes Optiksystem 22''' auf. Die Optiksysteme 22, 22', 22'' und 22''' sind zueinander identisch aufgebaut. In der Optikbaugruppe 16 gibt es außerdem ein Beleuchtungssystem 130 mit Beleuchtungslicht für das Beleuchten des Objektbereichs 12 mit einem Beleuchtungsstrahlengang 132 bereitgestellt werden kann, der das Hauptobjektivsystem 18 in der Optikbaugruppe 16 durchsetzt.
Die Halterungen 24, 24', 24'', 24''' in der Optikbaugruppe 16 sind verlagerbar und können Antriebs mit Antriebseinrichtung 50, 50', 50'', 50''' in einer zu der optischen Achse 20 des Hauptobjektivsystems 18 senkrechten Ebene bewegt werden. Für das rechnergesteuerte Verlagern des Beleuchtungssystems 130 in einer zu der optischen Achse des Hauptobjektivsystems 18 senkrechten Richtung gibt es in der Optikbaugruppe 16 eine Antriebseinrichtung 50''''.
Die Halterungen 24, 24', 24'', 24''' in der Optikbaugruppe 16 haben auf der dem Bildsensor 40 zugewandten Seite jeweils eine Abschirmeinrichtung 134 für das Abschirmen von Streulicht, das dem Licht eines Abbildungsstrahlengangs von der Sensorfläche 38 hervorgerufen wird. Die Abschirmeinrichtungen 134 dienen dazu, zu vermeiden, dass durch Übersprechen von Licht aus unterschiedlichen optischen Kanälen dem Bildsensor 40 Falschlicht zugeführt wird.
Die 16 ist ein Teilschnitt des Systems 10'' entlang der Linie XVI-XVI aus 15. Die vier optischen Kanäle 30, 32, 34, 35 durchsetzen das Hauptobjektivsystem 18 auf der dem Objektbereich 12 abgewandten Seite mit optischen Achsen 72, die zu der optischen Achse 20 des Hauptobjektivsystems 18 parallel sind. Der Beleuchtungsstrahlengang 132 durchsetzt das Hauptobjektivsystem 18 in dem Abschnitt 37. Das in der 16 mit gestrichelten Linien angedeutete Verlagern der Halterungen 24, 24', 24'', 24''' für die Optiksysteme 22, 22', 22'' und 22''' in der Optikbaugruppe 16 ermöglicht in der Vorrichtung 10'' ein freies Einstellen einer mit dem Bildsensor 40 erfassten Stereoperspektive mit durch Einsammeln der Lichtstrahlen aus paarweise unterschiedlichen optischen Kanälen 30, 32, 34, 35.
Die 17 zeigt eine Sensorfläche eines Bildsensors 40 in dem System mit den stereoskopischen Teilbildern 82, 84, 86 87 des Objektbereichs, der durch die optische Kanäle 30, 32, 34, 35 geführten Abbildungsstrahlengänge bereitgestellt wird, und die Anordnung des Beleuchtungssystems 130 in Bezug auf die Sensorfläche 38.
Die 18 erläutert das Erfassen und Verarbeiten von Bilddaten in dem System 10'' für das stereoskopische Visualisieren des Objektbereichs 12 in der Bilderfassungseinrichtung 14.
In der Bilderfassungseinrichtung 14 werden nur quadratischen Bereiche 96, 98, 100, 101 der Sensorfläche 38 des Bildsensors 40 ausgelesen, in denen das stereoskopische Teilbild 82, 84, 86, 87 aus dem ersten optischen Kanal 30 bzw. dem zweiten optischen Kanal 32 bzw. dem dritten optischen Kanal 34 und dem vierten Kanal 35 liegt.
Die Bilddaten der quadratischen Bereiche 96, 98, 100, 101 der Sensorfläche 38 werden in der Bilderfassungseinrichtung 14 in einer Konversionsstufe 102 elektrooptisch konvertiert und als optische Signale an eine Datentrennstufe 104 übermittelt, in der die aus dem Bildsensor 40 ausgelesenen Bilddaten in Gruppen 106, 108, 110, 112 von Bilddaten getrennt werden, welche die Bildinformation des stereoskopischen Teilbildes 82, 84, 86, 87 aus dem aus dem ersten optischen Kanal 30 bzw. dem zweiten optischen Kanal 32 bzw. dem dritten optischen Kanal 34 und dem vierten Kanal 35 enthalten.
Die Bilderfassungseinrichtung 14 weist ebenfalls eine Bildverarbeitungsstufe 114 auf, in der die zu den Gruppen 106, 108, 110, 112 aufgetrennten Bilddaten eine Bildverarbeitung und Korrektur unterzogen werden. Die Bildverarbeitungsstufe 114 interpoliert die Helligkeit und die Farbe der Bilddaten der ersten und zweiten und dritten Gruppe von Bilddaten aufgrund einer vorgegebenen Helligkeits- und Farbinformation für die Bilddaten. Die korrigierten und verarbeiteten Bilddaten übermittelt die Bildverarbeitungsstufe 114 dann an eine Stufe für die Rotation und Interpolation von Abschnitten 116, 117, 118, 119 der Teilbilder 82, 84, 86, 87, die dann an Displays der Bilderzeugungseinrichtung 56 und der Bilderzeugungseinrichtung 58 als ein linkes und rechtes stereoskopisches Teilbild 120, 122, 124, 126 angezeigt werden.
Das System 10'' ermöglicht, in einer Bilderzeugungseinrichtung 56 unterschiedliche Bilder aus den unterschiedlichen optischen Kanälen 30, 32, 34, 35 zu Stereobildpaaren für einen stereoskopischen Sehreindruck einer Beobachtungsperson zu kombinieren. Durch das Verlagern der Halterungen 24, 24', 24'', 24''' für die Optiksysteme 22, 22', 22'' und 22''' in der Optikbaugruppe 16 kann dabei die Lage einer entsprechenden Stereobasis grundsätzlich frei gewählt werden und der Einfallswinkel für das Beleuchtungslicht auf den Objektbereich 12 auf die Anordnung der Halterungen Halterungen 24, 24', 24'', 24''' für die Optiksysteme 22, 22', 22'' und 22''' abgestimmt variiert werden.
Zusammenfassend ist folgendes festzuhalten: Die Erfindung betrifft ein System 10, 10', 10'' für das stereoskopische Visualisieren eines Objektbereichs 12 mit einer elektronischen Bilderfassungseinrichtung 14 und mit einer Optikbaugruppe 16, die für das Erfassen von unterschiedlichen Bildern des Objektbereichs 12 mit der Bilderfassungseinrichtung 14 einen ersten optischen Kanal 30 für einen ersten Abbildungsstrahlengang 36 und einen zweiten optischen Kanal 32 für einen zweiten Abbildungsstrahlengang 42 sowie einen dritten optischen Kanal 34 für einen dritten Abbildungsstrahlengang 44 bereitstellt. Die Optikbaugruppe 16 hat ein von dem ersten Abbildungsstrahlengang 36 und dem zweiten Abbildungsstrahlengang 42 sowie dem dritten Abbildungsstrahlengang 44 durchsetztes Hauptobjektivsystem 18 mit einer optischen Achse 20. Die Optikbaugruppe 16 enthält ein von dem ersten Abbildungsstrahlengang 36 durchsetztes erstes Optiksystem 22, ein von dem zweiten Abbildungsstrahlengang 42 durchsetztes zweites Optiksystem 22' und ein von dem dritten Abbildungsstrahlengang 44 durchsetztes drittes Optiksystem 22''. Dabei ist das dritte Optiksystem 22'' in der Optikbaugruppe 16 für das Bewegen senkrecht zu der der optischen Achse 20 des Hauptobjektivsystems 18 verlagerbar angeordnet.
Bezugszeichenliste

10, 10', 10'': System
12: Objektbereich
14: Bilderfassungseinrichtung
16: Optikbaugruppe
18: Hauptobjektivsystem
20: optische Achse
22, 22', 22'', 22''': Optiksystem
23: Strahlteiler-Prisma
24, 24', 24'', 24''': Halterung
26, 28: Linsenelement
30, 32, 34, 35: optischer Kanal
36, 42, 44: Abbildungsstrahlengang
38: Sensorfläche
40: Bildsensor
46: Stativ
48: Systemgehäuse
50, 50', 50'', 50''', 50'''': Antriebseinrichtung
52, 52', 52'': motorischer Antrieb
54: Kopplungseinrichtung
56, 58: Bilderzeugungseinrichtung
60, 62: Auge
64: Rechnereinheit
66: Lagebestimmungsvorrichtung
68: Verbindungslinie
70: Objektbereichsebene
72: optische Achse
74: Hauptbeobachter-Stereobasis
76: Mitbeobachter-Stereobasis
80, 80', 80'': Bewegungsbahn
82, 84, 86, 87: stereoskopische Teilbilder
88, 90, 92, 94: Abschnitt
96, 98, 100, 101: quadratischer Bereich
102: Konversionsstufe
104: Datentrennstufe
106, 108, 110, 112: Gruppe
114: Bildverarbeitungsstufe
116, 117, 118, 119: Abschnitt
120, 122, 124, 126: stereoskopisches Teilbild
130: Beleuchtungssystem
132: Beleuchtungsstrahlengang

Claims

System (10, 10', 10'') für das stereoskopische Visualisieren eines Objektbereichs (12) mit einer elektronischen Bilderfassungseinrichtung (14) und mit einer Optikbaugruppe (16), die für das Erfassen von unterschiedlichen Bildern des Objektbereichs (12) mit der elektronischen Bilderfassungseinrichtung (14) einen ersten optischen Kanal (30) für einen ersten Abbildungsstrahlengang (36) und einen zweiten optischen Kanal (32) für einen zweiten Abbildungsstrahlengang (42) sowie einen dritten optischen Kanal (34) für einen dritten Abbildungsstrahlengang (44) bereitstellt, wobei die Optikbaugruppe (16) ein von dem ersten Abbildungsstrahlengang (36) und dem zweiten Abbildungsstrahlengang (42) sowie dem dritten Abbildungsstrahlengang (44) durchsetztes Hauptobjektivsystem (18) mit einer optischen Achse (20) hat; wobei die Optikbaugruppe (16) ein von dem ersten Abbildungsstrahlengang (36) durchsetztes erstes Optiksystem (22), ein von dem zweiten Abbildungsstrahlengang (42) durchsetztes zweites Optiksystem (22') und ein von dem dritten Abbildungsstrahlengang (44) durchsetztes drittes Optiksystem (22'') aufweist; dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Bilderfassungseinrichtung (14) für das Erfassen der unterschiedlichen Bilder des Objektbereichs (12) einen Bildsensor (40) mit einer Sensorfläche (38) hat, auf welcher der erste Abbildungsstrahlengang (36) und der zweite Abbildungsstrahlengang (42) sowie der dritte Abbildungsstrahlengang (44) den Objektbereich (12) abbildet, wobei wenigstens das dritte Optiksystem (22'') in zu der optischen Achse (20) des Hauptobjektivsystems (18) senkrechter Richtung relativ zu der Bilderfassungseinrichtung (14) verlagerbar angeordnet ist.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Optiksystem (22) und das zweite Optiksystem (22') und das dritte Optiksystem (22'') jeweils wenigstens eine für das Variieren des Abbildungsmaßstabs verlagerbare Linse (26, 28) enthält.
System nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch wenigstens eine mit der Bilderfassungseinrichtung (14) verbundene erste Bilderzeugungseinrichtung (56) für das Erzeugen eines stereoskopischen Bildes des Objektbereichs (12) für einen Hauptbeobachter, wobei die erste Bilderzeugungseinrichtung (56) hierzu ein mit der Bilderfassungseinrichtung (14) durch den ersten optischen Kanal (30) erfasstes stereoskopisches Teilbild (82) des Objektbereichs (12) und ein mit der Bilderfassungseinrichtung (14) durch den zweiten optischen Kanal (32) erfasstes stereoskopisches Teilbild (84) des Objektbereichs (12) mit einer von dem ersten optischen Kanal (30) und dem zweiten optischen Kanal (32) auf der dem Objektbereich (12) abgewandten Seite des Hauptobjektivsystems (18) gebildeten Stereobasis (74) erhält.
System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Optiksystem (22') in der Optikbaugruppe (16) für das Bewegen senkrecht zu der optischen Achse (20) des Hauptobjektivsystems (18) verlagerbar angeordnet ist.
System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bilderzeugungseinrichtung (56) eine Lagebestimmungsvorrichtung (66) für das Bestimmen der Lage der senkrechten Projektion der Verbindungslinie (68) der Augen (60, 62) des Hauptbeobachters in die zu der optischen Achse (20) des Hauptobjektivsystems (18) senkrechte Ebene aufweist.
System nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine mit der Lagebestimmungsvorrichtung (66) gekoppelte Verlagerungseinrichtung (50'') für das Verlagern des ersten Optiksystems (22) senkrecht zu der optischen Achse (20) des Hauptobjektivsystems (18), damit die von dem ersten optischen Kanal (30) und dem zweiten optischen Kanal (32) auf der dem Objektbereich (12) abgewandten Seite des Hauptobjektivsystems (18) gebildeten Stereobasis (74) zu der senkrechten Projektion der Verbindungslinie der Augen (60, 62) des Hauptbeobachters in die zu der optischen Achse (20) des Hauptobjektivsystems (18) senkrechte Ebene parallel ist.
System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Optiksystem (22') in der Optikbaugruppe (16) für das Bewegen senkrecht zu der optischen Achse (20) des Hauptobjektivsystems (18) verlagerbar angeordnet ist.
System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die mit der Lagebestimmungsvorrichtung (66) gekoppelte Verlagerungseinrichtung (50') auch für das Verlagern des zweiten Optiksystems (22') senkrecht zu der optischen Achse (20) des Hauptobjektivsystems (18) ausgelegt ist, damit die von dem ersten optischen Kanal (30) und dem zweiten optischen Kanal (32) auf der dem Objektbereich (12) abgewandten Seite des Hauptobjektivsystems (18) gebildete Stereobasis (74) zu der senkrechten Projektion der Verbindungslinie (68) der Augen (60, 62) des Hauptbeobachters in die zu der optischen Achse (20) des Hauptobjektivsystems (18) senkrechte Ebene parallel ist.
System nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die von dem ersten optischen Kanal (30) und dem zweiten optischen Kanal (32) auf der dem Objektbereich (12) abgewandten Seite des Hauptobjektivsystems (18) gebildeten Stereobasis (74) eine konstante Länge hat.
System nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die von dem ersten optischen Kanal (30) und dem zweiten optischen Kanal (32) auf der dem Objektbereich (12) abgewandten Seite des Hauptobjektivsystems (18) gebildete Stereobasis (74) eine maximierte Länge hat.
System nach einem der Ansprüche 3 bis 10, gekennzeichnet durch wenigstens eine mit der Bilderfassungseinrichtung (14) verbundene weitere Bilderzeugungseinrichtung (58) für das Erzeugen eines stereoskopischen Bildes des Objektbereichs (12) für einen Mitbeobachter, wobei die wenigstens eine weitere Bilderzeugungseinrichtung (58) hierzu ein mit der Bilderfassungseinrichtung (14) durch den dritten optischen Kanal (34) erfasstes stereoskopisches Teilbild des Objektbereichs (12) und ein durch den ersten optischen Kanal (30) erfasstes stereoskopisches Teilbild des Objektbereichs (12) mit einer von dem dritten optischen Kanal (34) und dem ersten optischen Kanal (30) auf der dem Objektbereich (12) abgewandten Seite des Hauptobjektivsystems (18) gebildeten Stereobasis (76) erhält oder ein durch den zweiten optischen Kanal (32) erfasstes stereoskopisches Teilbild des Objektbereichs (12) mit einer von dem dritten optischen Kanal (34) und dem zweiten optischen Kanal (32) auf der dem Objektbereich (12) abgewandten Seite des Hauptobjektivsystems (18) gebildeten Stereobasis (76) erhält.
System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Bilderzeugungseinrichtung (58) eine Lagebestimmungsvorrichtung (66) für das Bestimmen der Lage der senkrechten Projektion der Verbindungslinie (68) der Augen (60, 62) des Mitbeobachters in die zu der optischen Achse (20) des Hauptobjektivsystems (18) senkrechte Ebene aufweist.
System nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch eine mit der Lagebestimmungsvorrichtung (66) gekoppelte Verlagerungseinrichtung (50) für das Verlagern des dritten Optiksystems (22'') senkrecht zu der optischen Achse (20) des Hauptobjektivsystems (18), damit die von dem dritten optischen Kanal (34) und dem ersten optischen Kanal (30) auf der dem Objektbereich (12) abgewandten Seite des Hauptobjektivsystems (18) gebildete Stereobasis (74) zu der senkrechten Projektion der Verbindungslinie der Augen (60, 62) des Mitbeobachters in die zu der optischen Achse (20) des Hauptobjektivsystems (18) senkrechte Ebene parallel ist oder damit die von dem dritten optischen Kanal (34) und dem zweiten optischen Kanal (32) auf der dem Objektbereich (12) abgewandten Seite des Hauptobjektivsystems (18) gebildete Stereobasis (76) zu der senkrechten Projektion der Verbindungslinie der Augen (60, 62) des Mitbeobachters in die zu der optischen Achse (20) des Hauptobjektivsystems (18) senkrechte Ebene parallel ist.
System nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die von dem dritten optischen Kanal (34) und dem ersten optischen Kanal (30) auf der dem Objektbereich (12) abgewandten Seite des Hauptobjektivsystems (18) gebildete Stereobasis (76) oder die von dem dritten optischen Kanal (34) und dem zweiten optischen Kanal (32) auf der dem Objektbereich (12) abgewandten Seite des Hauptobjektivsystems (18) gebildete Stereobasis (76') eine konstante Länge hat.
System nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die von dem dritten optischen Kanal (34) und dem ersten optischen Kanal (30) auf der dem Objektbereich (12) abgewandten Seite des Hauptobjektivsystems (18) gebildete Stereobasis (76) oder die von dem dritten optischen Kanal (34) und dem zweiten optischen Kanal (32) auf der dem Objektbereich (12) abgewandten Seite des Hauptobjektivsystems (18) gebildete Stereobasis (76') eine maximierte Länge hat.
System nach einem der Ansprüche 9 bis 14, gekennzeichnet durch eine Einrichtung für das Erzeugen eines stereoskopischen Bildes des Objektbereichs (12) mit einem mittels der Bilderfassungseinrichtung (14) durch den dritten optischen Kanal (34) erfassten stereoskopischen Teilbild des Objektbereichs (12) und mit einem mittels der Bilderfassungseirichtung (14) durch den ersten optischen Kanal (30) erfassten stereoskopischen Teilbild des Objektbereichs (12) oder mit einem mittels der Bilderfassungseinrichtung (14) durch den dritten optischen Kanal (34) erfassten stereoskopischen Teilbild des Objektbereichs (12) und mit einem mittels der Bilderfassungseirichtung (14) durch den zweiten optischen Kanal (32) erfassten stereoskopischen Teilbild des Objektbereichs (12).
System nach einem der Ansprüche 1 bis 15, gekennzeichnet durch eine Kopplungseinrichtung (54) für das Koppeln der Bewegung der wenigstens einen verlagerbaren Linse in dem ersten Optiksystem (22) mit der Bewegung der wenigstens einen verlagerbaren Linse in dem zweiten Optiksystem (22') und der Bewegung der wenigstens einen verlagerbaren Linse in dem dritten Optiksystem (22''), damit bei einem Variieren des Abbildungsmaßstabs in einem optischen Kanal (30) der Abbildungsmaßstab in den beiden anderen optischen Kanälen (32, 34) gleich ist.
System nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Bilderfassungseinrichtung (14) eine Datentrennstufe (104) für das Aufteilen von mittels des Bildsensors (40) erfassten Bilddaten in wenigstens eine erste Gruppe (106) von Bilddaten und eine zweite Gruppe (108) von Bilddaten sowie eine dritte Gruppe (110) von Bilddaten aufweist, denen jeweils ein durch einen unterschiedlichen optischen Kanal (30, 32, 34) in einem unterschiedlichen Abschnitt der Sensorfläche (38) des Bildsensors (40) erfasstes Bild des Objektbereichs (12) zugrunde liegt, die aufgrund einer Information über die Lage des ersten Optiksystems (22) und des zweiten Optiksystems (22') sowie des dritten Optiksystems (22'') bestimmt ist.
System nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Bilderfassungseinrichtung (14) eine mit der Datentrennstufe (104) verbundene Bildverarbeitungsstufe (114) für das auf die Lage der senkrechten Projektion der Verbindungslinie der Augen (60, 62) eines Hauptbeobachters und/oder eines Nebenbeobachters in die zu der optischen Achse (20) des Hauptobjektivsystems (18) senkrechte Ebene abgestimmte digitale Rotieren der Bilddaten einer Bilddatengruppe aufweist.
System nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildverarbeitungsstufe (114) die Helligkeit und/oder die Farbe der Bilddaten der ersten und/oder zweiten und/oder dritten Gruppe von Bilddaten aufgrund einer vorgegebenen Helligkeits- und/oder Farbinformation für die Bilddaten interpoliert.