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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abbilden eines Objekts mittels eines Mikroskops, bei dem das Objekt auf eine Stereo-Kamera mit einem ersten Bilddetektor und einem zweiten Bilddetektor in einem identischen Spektralbereich stereoskopisch abgebildet wird. Mittels des ersten Bilddetektors wird ein erstes elektronisches Bild und mittels des zweiten Bilddetektors ein zweites elektronisches Bild erzeugt und das erste elektronische Bild sowie das zweite elektronische Bild werden stereoskopisch auf einer ersten Anzeigeeinrichtung und einer zweiten Anzeigeeinrichtung dargestellt.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Mikroskop zum Abbilden eines Objekts, das eine Stereo-Kamera, eine Steuereinrichtung, eine Stereo-Anzeigeeinrichtung und eine Filtereinrichtung umfasst. Die Stereo-Kamera weist einen ersten Bilddetektor und einen zweiten Bilddetektor auf, wobei ein erster Abbildungsstrahlengang ein erstes optisches Bild des Objekts auf den ersten Bilddetektor erzeugt und ein zweiter Abbildungsstrahlengang ein zweites optisches Bild des Objekts auf dem zweiten Bilddetektor erzeugt, wobei der erste Bilddetektor erste elektronische Bilddaten aus dem ersten optischen Bild erzeugt und wobei der zweite Bilddetektor zweite elektronische Bilddaten aus dem zweiten optischen Bild erzeugt. Die Steuereinrichtung generiert aus den ersten elektronischen Bilddaten ein erstes elektronisches Bild des Objekts und die zweiten elektronischen Bilddaten ein zweites elektronisches Bild des Objekts. Die Stereo-Anzeigeeinrichtung dient zur Anzeige eines Stereobilds und umfasst eine erste Anzeigeeinrichtung, welche ausgebildet ist, eines der elektronischen Bilder anzuzeigen, und eine zweite Anzeigeeinrichtung, welche ausgebildet ist, das andere elektronische Bild anzuzeigen. Die Filtereinrichtung ist zwischen einer ersten Position, in der die Filtereinrichtung in dem ersten Abbildungsstrahlengang und in dem zweiten Abbildungsstrahlengang einen identischen Spektralbereich transmittiert, und einer zweiten Position schaltbar. Die Steuereinrichtung ist ausgebildet, eine Transformationsfunktion zu bestimmen, welche mindestens ein Merkmal in dem zweiten elektronischen Bild derart transformiert, dass es in dem transformierten zweiten elektronischen Bild an der gleichen Stelle wie in dem ersten elektronischen Bild angeordnet ist.
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Bei einem bekannten Stereo-Mikroskop mit einer Stereo-Kamera und zwei Beobachtungskanälen kann ein Fluoreszenzfilter in einer der beiden Beobachtungskanäle eingeschwenkt werden, so dass dieser Beobachtungskanal spektral gefiltert wird. In einem ersten Betriebsmodus, in dem der Fluoreszenzfilter nicht eingeschwenkt ist, liefern die beiden Stereo-Beobachtungskanäle jeweils Bilder mit Information in dem gleichen oder ähnlichen Spektralbereich, wodurch eine Stereodarstellung des Objekts auf einer Anzeigeeinrichtung möglich ist. Aus der
DE 10 2006 004 232 ist ein zweiter Betriebsmodus bekannt, bei dem in einem Beobachtungskanal der erste Spektralbereich und in dem anderen Beobachtungskanal ein zweiter Spektralbereich durch Einschwenken des Fluoreszenzfilters vorgesehen ist. Somit wird mit einer Kamera der Stereo-Kamera in einen Beobachtungskanal der erste Spektralbereich und mit der anderen Kamera der Stereo-Kamera der zweite Spektralbereich aufgenommen. Durch digitale Bildüberlagerung kann ein monoskopisches Gesamtbild bereitgestellt werden, das Informationen sowohl über den ersten als auch über den zweiten Spektralbereich enthält.
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Die gattungsbildende
EP 2 641 530 A1 und die
WO 2012/003127 A1 befassen sich ebenfalls mit Stereo-Mikroskopen. Es werden zwei Beobachtungskanäle bereitgestellt, wobei wenigstens eine Kamera der Stereo-Kamera des Stereo-Mikroskops einen ersten Spektralbereich und einen zweiten Spektralbereich erfassen kann und die andere Kamera der Stereo-Kamera den ersten Spektralbereich erfassen kann. Anhand des im ersten Spektralbereich aufgenommenen Bilds kann eine Transformationsfunktion berechnet werden, mittels welcher eine Disparität zwischen den beiden Bildern ausgeglichen werden kann. Mithilfe dieser Transformationsfunktion wird nun die Bildinformation des Bilds des zweiten Spektralbereichs transformiert, sodass in beiden Stereo-Kanälen ein Bild sowohl im ersten Spektralbereich als auch im zweiten Spektralbereich erzeugt wird, so dass das Objekt sowohl im ersten Spektralbereich als auch im zweiten Spektralbereich stereoskopisch dargestellt werden kann.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und ein Mikroskop zum Abbilden eines Objekts bereitzustellen, mittels welchen eine verbesserte Darstellung in zwei unterschiedlichen Spektralbereichen erzeugt werden kann.
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Die Erfindung wird in den Ansprüchen 1, 2 und 9 definiert. Die abhängigen Ansprüche betreffen Weiterbildungen der Erfindung.
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Es ist ein Verfahren zum Abbilden eines Objekts mittels eines Mikroskops in einem ersten Betriebsmodus und in einem zweiten Betriebsmodus vorgesehen. Im ersten Betriebsmodus wird das Objekt auf eine Stereo-Kamera mit einem ersten Bilddetektor und einem zweiten Bilddetektor zumindest in einem identischen Spektralbereich stereoskopisch abgebildet. Ferner werden im ersten Betriebsmodus mittels des ersten Bilddetektors ein erstes elektronisches Bild und mittels des zweiten Bilddetektors ein zweites elektronisches Bild erzeugt, und das erste elektronische Bild und das zweite elektronische Bild stereoskopisch auf einer ersten Anzeigeeinrichtung und auf einer zweiten Anzeigeeinrichtung dargestellt. Im zweiten Betriebsmodus wird das Objekt in einem ersten Spektralbereich auf den ersten Bilddetektor und in einem von dem ersten Spektralbereich unterschiedlichen zweiten Spektralbereich auf den zweiten Bilddetektor abgebildet. Ferner werden im zweiten Betriebsmodus durch den ersten Bilddetektor das erste elektronische Bild im ersten Spektralbereich und durch den zweiten Bilddetektor das zweite elektronische Bild im zweiten Spektralbereich erzeugt. Im zweiten Betriebsmodus wird ferner eine Transformationsfunktion bestimmt, welche mindestens einen Bildort im zweiten elektronischen Bild derart transformiert, dass es im transformierten zweiten elektronischen Bild an der gleichen Stelle wie im ersten elektronischen Bild angeordnet ist. Zudem wird im zweiten Betriebsmodus das erste elektronische Bild und das zweite elektronische Bild zu einem monoskopischen Gesamtbild überlagert und das Gesamtbild auf mindestens einer der Anzeigeeinrichtungen angezeigt. Dabei wird das zweite elektronische Bild mittels der Transformationsfunktion oder das erste elektronische Bild mittels der Inversen der Transformationsfunktion transformiert. Alternativ kann das zweite elektronische Bild mittels der mit einem Faktor a multiplizierten Transformationsfunktion und das erste elektronische Bild mittels der Inversen der mit einem Faktor b multiplizierten Transformationsfunktion transformiert werden, wobei a ≥ 0 und b ≥ 0 und a + b = 1 ist.
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Es ist ein Mikroskop zum Abbilden eines Objekts vorgesehen, das eine Stereo-Kamera, eine Steuereinrichtung, eine Stereo-Anzeigeeinrichtung und eine Filtereinrichtung umfasst. Die Stereo-Kamera weist einen ersten Bilddetektor und einen zweiten Bilddetektor auf, wobei ein erster Abbildungsstrahlengang ein erstes optisches Bild des Objekts auf den ersten Bilddetektor erzeugt und ein zweiter Abbildungsstrahlengang ein zweites optisches Bild des Objekts auf dem zweiten Bilddetektor erzeugt, der erste Bilddetektor erste elektronische Bilddaten aus dem ersten optischen Bild erzeugt und wobei der zweite Bilddetektor zweite elektronische Bilddaten aus dem zweiten optischen Bild erzeugt. Die Steuereinrichtung generiert aus den ersten elektronischen Bilddaten ein erstes elektronisches Bild des Objekts und aus den zweiten elektronischen Bilddaten ein zweites elektronisches Bild des Objekts. Die Stereo-Anzeigeeinrichtung dient zur Anzeige eines Stereo-Bilds und umfasst eine erste Anzeigeeinrichtung, welche ausgebildet ist, eines der elektronischen Bilder anzuzeigen, und eine zweite Anzeigeeinrichtung, welche ausgebildet ist, das andere elektronische Bild anzuzeigen. Die Filtereinrichtung ist zwischen einer ersten Position, in der die Filtereinrichtung im ersten Abbildungsstrahlengang und im zweiten Abbildungsstrahlengang einen identischen Spektralbereich transmittiert, und einer zweiten Position schaltbar. Die Steuereinrichtung ist ausgebildet, eine Transformationsfunktion zu bestimmen, welche mindestens ein Merkmal im zweiten elektronischen Bild derart transformiert, dass es in dem transformierten zweiten elektronischen Bild an der gleichen Stelle wie in dem ersten elektronischen Bild angeordnet ist. Die Filtereinrichtung lässt in der zweiten Position im ersten Abbildungsstrahlengang einen ersten Spektralbereich und im zweiten Abbildungsstrahlengang einen von dem ersten Spektralbereich unterschiedlichen zweiten Spektralbereich transmittieren. Die Steuereinrichtung überlagert, wenn die Filtereinrichtung in der zweiten Position ist, das erste elektronische Bild und das zweite elektronische Bild zu einem monoskopischen Gesamtbild und stellt das Gesamtbild auf einer der Anzeigeeinrichtungen dar. Dabei wird das zweite elektronische Bild mittels der Transformationsfunktion oder das erste elektronische Bild mittels einer Inversen der Transformationsfunktion transformiert. Alternativ werden das zweite elektronische Bild mittels der mit einem Faktor a multiplizierten Transformationsfunktion und das erste elektronische Bild mittels der Inversen der mit einem Faktor b Transformationsfunktion transformiert, wobei a ≥ 0 und b ≥ 0 und a + b = 1 ist.
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Durch die Bestimmung der Transformationsfunktion kann ein monoskopisches Gesamtbild erzeugt werden, bei denen die Orte des Objekts, welche in unterschiedlichen Spektralbereichen aufgenommen sind, im monoskopischen Gesamtbild an dem gleichen Bildort dargestellt werden. Es ergibt sich somit kein oder nur ein geringer Versatz zwischen den in den unterschiedlichen Spektralbereichen aufgenommenen Merkmalen des Objekts im Gesamtbild. Gleichzeitig ist es möglich, ein Stereobild des Objekts einem Beobachter darzustellen, und nur einer der Bilddetektoren muss ausgebildet sein, Strahlung sowohl im ersten Spektralbereich als auch im zweiten Spektralbereich detektieren zu können. Der andere Bilddetektor kann lediglich ausgebildet sein, nur im ersten Spektralbereich zu detektieren, sodass dieser günstiger in der Herstellung bzw. Anschaffung ist.
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Das Mikroskop ist insbesondere ein Stereo-Mikroskop und kann auch als ein digitales Mikroskop bezeichnet werden. Optional kann mithilfe des Mikroskops das Objekt nur über die Stereo-Anzeigeeinrichtung betrachtet werden. Es ist jedoch auch möglich, dass ein rein optischer Beobachtungskanal zusätzlich am Mikroskop angeordnet ist, mittels welchem das Objekt direkt, das heißt ohne Zwischenschaltung der Anzeigeeinrichtung, beobachtet werden kann. Das Mikroskop ist in einer Weiterbildung ein Operationsmikroskop, mittels dem Menschen und/oder Tiere vor, während oder nach einer Operation beobachtet werden können. Beispielsweise kann das Operationsmikroskop bei Eingriffen in das Gehirn oder bei Augenoperationen verwendet werden. Mithilfe des Mikroskops ist es möglich, das Objekt vergrößert darzustellen. Wie erwähnt, kann das Objekt ein Mensch oder ein Tier sein oder Teile davon umfassen.
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Das Mikroskop hat optional einen ersten Stereo-Kanal und/oder einen zweiten Stereo-Kanal. Der jeweilige Stereo-Kanal weist einen Abbildungsstrahlengang und einen datentechnischen Teil mit dem dazugehörigen Bilddetektor auf. Mittels des Abbildungsstrahlengangs wird ein optisches Bild auf dem jeweiligen Bilddetektor erzeugt. Der Bilddetektor, der Teil einer Stereo-Kamera sein kann, wandelt die Strahlung des auf dem Bilddetektor abgebildeten optischen Bilds in elektronische Bilddaten um, aus welchen die Steuereinrichtung die elektronischen Bilder generiert, die dann auf der entsprechenden Anzeigeeinrichtung angezeigt werden. Im ersten Betriebsmodus werden zwei elektronische Bilder in einem identischen Spektralbereich aufgenommen und stereoskopisch auf der Stereo-Anzeigeeinrichtung mit der ersten Anzeigeeinrichtung und der zweiten Anzeigeeinrichtung derart dargestellt, so dass ein Beobachter das Objekt stereoskopisch erfassen kann. Die Präfixe „erste“ und „zweite“ können auch in „linke“ und „rechte“ begriffen werden und bezeichnen jeweils den einen und den anderen des Paars von Stereo-Kanälen.
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Der erste Abbildungsstrahlengang und der zweite Abbildungsstrahlengang weisen optional jeweils ein Objektiv und eine Tubuslinse auf, mittels welchem das Objekt mit einem gewissen Vergrößerungsmaßstab auf den jeweiligen Bilddetektor abgebildet werden kann. Dazu kann das Objektiv und/oder die erste und/oder die zweite Tubuslinse derart bewegt werden, dass der Vergrößerungsmaßstab eingestellt werden kann. Ferner kann/können die jeweilige Tubuslinse und/oder das Objektiv aus mehreren optischen Elementen bestehen, die so zueinander beweglich sind, dass der Vergrößerungsmaßstab der Abbildung des Objekts einstellbar ist. Das Objektiv kann auch eine Linse aufweisen, die für den ersten Abbildungsstrahlengang und den zweiten Abbildungsstrahlengang gemeinsam ist; diese gemeinsame Linse bildet insbesondere die dem Objekt am naheliegendste Linse. Der Vergrößerungsmaßstab kann manuell oder automatisch verändert werden, beispielsweise dadurch, dass den Linsen des ersten und/oder zweiten Abbildungsstrahlengangs ein Antrieb, insbesondere ein Elektromotor, zugeordnet ist, welcher mit der Steuereinrichtung verbunden ist. Die Steuereinrichtung kann somit den Vergrößerungsmaßstab für den ersten und/oder zweiten Abbildungsstrahlengang einstellen. Dazu kann das Mikroskop eine Eingabeeinrichtung aufweisen, mittels welcher ein Benutzer die Steuereinrichtung anweisen kann, den Vergrößerungsmaßstab entsprechend einzustellen. Die Eingabeeinrichtung kann eine Tastatur, eine Maus, Knöpfe, Regler oder dergleichen umfassen.
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Der erste Bilddetektor und der zweite Bilddetektor sind beabstandet voneinander vorgesehen und bilden zusammen eine Stereo-Kamera, mittels welcher das Objekt stereoskopisch erfasst werden kann. Der erste Bilddetektor ist optional ausgestaltet, nur Strahlung im ersten Spektralbereich detektieren zu können. Es ist jedoch auch möglich, dass der erste Bilddetektor Strahlung sowohl im ersten Spektralbereich als auch im zweiten Spektralbereich detektieren kann. Der zweite Bilddetektor kann Strahlung sowohl im ersten Spektralbereich als auch im zweiten Spektralbereich detektieren. Dazu können/kann der erste Bilddetektor und/oder der zweite Bilddetektor Sensoren aufweisen, die für Strahlungen sowohl im ersten Spektralbereich als auch im zweiten Spektralbereich empfindlich sind. Ferner kann der erste und/oder zweite Bilddetektor einen Strahlteiler aufweisen, der Strahlung im ersten Spektralbereich auf einen ersten Sensor und Strahlung im zweiten Spektralbereich auf einen zweiten, vom ersten Sensor beabstandeten Sensor lenkt, wobei der erste Sensor für Strahlung im ersten Spektralbereich und der zweite Sensor für Strahlung im zweiten Spektralbereich empfindlich ist.
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Der erste Spektralbereich ist vom zweiten Spektralbereich unterschiedlich, das heißt der erste Spektralbereich ist nicht identisch zum zweiten Spektralbereich. Es kann jedoch sein, dass der erste Spektralbereich mit dem zweiten Spektralbereich überlappt. Beispielsweise ist der erste Spektralbereich der sichtbare Wellenlängenbereich, während der zweite Spektralbereich mit einem Emissionsspektrum eines im Objekt vorhandenen Fluoreszenzemitters übereinstimmt. Dieses Emissionsspektrum kann beispielsweise im Ultravioletten oder im Infraroten liegen. Das Objekt kann mit dem Fluoreszenzemitter dotiert sein oder kann von sich aus Fluoreszenzstrahlung erzeugen. Dem Mikroskop kann eine Lichtquelle beigeordnet sein, mit dem die Emission vom Fluoreszenzlicht angeregt wird.
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Die Filtereinrichtung lässt im ersten Betriebsmodus sowohl im ersten Abbildungskanal als auch im zweiten Abbildungskanal einen identischen Spektralbereich transmittieren. Dieser Spektralbereich kann mit dem ersten Spektralbereich übereinstimmen, d. h. im ersten Betriebsmodus gelangt zum zweiten Bilddetektor Strahlung im ersten Spektralbereich, jedoch nicht im zweiten Spektralbereich. Es ist auch möglich, dass im ersten Betriebsmodus beide Bilddetektoren Strahlung sowohl im ersten Spektralbereich als auch im zweiten Spektralbereich empfangen. Im zweiten Betriebsmodus transmittiert die Filtereinrichtung im ersten Abbildungsstrahlengang den ersten Spektralbereich und im zweiten Abbildungsstrahlengang den zweiten Spektralbereich.
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Die Filtereinrichtung weist optional einen Filter und einen Filterantrieb auf. Beispielsweise kann der Filter mittels des Filterantriebs in die Strahlung des zweiten Abbildungsstrahlengangs bewegt werden. Dazu kann der Filterantrieb mit der Steuereinrichtung verbunden sein, so dass die Filtereinrichtung mithilfe der Steuereinrichtung zwischen der ersten Position, in welcher der Filter der Filtereinrichtung nicht in der Strahlung des zweiten Abbildungsstrahlengangs positioniert ist, und der zweiten Position, in welcher der Filter in der Strahlung des zweiten Abbildungsstrahlengangs positioniert ist, bewegbar ist. Der Filterantrieb kann einen Elektromotor umfassen; der Filter kann ein Bandpassfilter sein. Jedoch sind noch andere Ausgestaltungen der Filtereinrichtung denkbar, beispielsweise kann die Filtereinrichtung manuell zwischen der ersten und der zweiten Position bewegt werden und die Filtereinrichtung ist mit einem Sensor ausgestattet, welcher die jeweilige Position der Filtereinrichtung detektiert und an die Steuereinrichtung weiterleitet. Das Transmissionsspektrum des Filters stimmt insbesondere mit dem Emissionsspektrum des in dem Objekt vorhandenen Fluoreszenzemitters überein.
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Die Steuereinrichtung kann einen Computer umfassen oder kann wie eine Recheneinheit ausgebildet sein. Insbesondere umfasst die Steuereinrichtung einen Mikroprozessor und einen Speicher. Die Steuereinrichtung ist mit dem ersten Bilddetektor, dem zweiten Bilddetektor, der ersten Anzeigeeinrichtung und/oder mit der zweiten Anzeigeeinrichtung verbunden. Die erste Anzeigeeinrichtung und die zweite Anzeigeeinrichtung sind Teil einer Stereo-Anzeigeeinrichtung. Die erste Anzeigeeinrichtung ist insbesondere zu der zweiten Anzeigeeinrichtung beabstandet. Die Stereo-Anzeigeeinrichtung kann als zwei separierte Monitore ausgebildet sein oder auch als ein Head-up-Display. Die Steuereinrichtung kann die erste Anzeigeeinrichtung und/oder die zweite Anzeigeeinrichtung gezielt ansteuern, um das erste elektronische Bild, das zweite elektronische Bild oder das Gesamtbild anzuzeigen. Das hier beschriebene Verfahren kann durch die Steuereinrichtung durchgeführt werden.
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Die Transformationsfunktion ist eine Funktion oder Zuordnung, welche einen Bildort in dem einen elektronischen Bild derart transformiert, dass es an der gleichen Position in dem anderen elektronischen Bild angeordnet ist. Dies bedeutet, dass ein Ort des Objekts im ersten elektronischen Bild und im zweiten elektronischen Bild an dem gleichen Bildort angeordnet ist. Der Bildort ist beispielsweise ein Pixel der Anzeigeeinrichtung. Die Transformationsfunktion kann somit jedem Pixel ein anderes Pixel zuordnen. Beispielsweise verschiebt die Transformationsfunktion jeden Pixel um einen gewissen Abstand gleichmäßig oder abhängig von den jeweiligen Pixeln. Die Transformationsfunktion kann optional das gesamte elektronische Bild transformieren oder nur Teile davon; beispielsweise Interessensbereiche in den jeweiligen elektronischen Bildern, wobei der Interessensbereich vorher vom Benutzer des Mikroskops festgelegt oder automatisch bestimmt werden kann.
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Zur Erzeugung eines monoskopischen Gesamtbilds wird die Transformationsfunktion auf das zweite elektronische Bild angewandt, so dass das damit erzeugte transformierte zweite elektronische Bild derart verändert wird, dass entsprechende Orte des Objekts im ersten elektronischen Bild und im zweiten elektronischen Bild an den gleichen Bildorten liegen. Ferner ist es möglich, das erste elektronische Bild mit einer Inversen der Transformationsfunktion zu transformieren, wodurch das gleiche Endresultat wie zuvor beschrieben erzielt wird, jedoch die Transformationsrichtung eine andere ist. Eine weitere Möglichkeit ist, sowohl das erste elektronische Bild als auch das zweite elektronische Bild zu transformieren. Dabei kann die Transformationsfunktion mit einem Faktor a multipliziert werden, welche in dem Intervall 0 ≤ a ≤ 1 liegt und die Inverse der Transformationsfunktion mit einem Faktor b, welcher 0 ≤ b ≤ 0 erfüllt. Ferner erfüllen a und b den Zusammenhang a + b = 1. Dies bedeutet, dass die Transformation auf beide Richtungen aufgeteilt wird. Beispielsweise können a und b gleich 0,5 sein, sodass das erste elektronische Bild und das zweite elektronische Bild um den gleichen Faktor der Transformationsfunktion transformiert werden. Das erste elektronische Bild und das transformierte zweite elektronische Bild, das transformierte erste elektronische Bild und das zweite elektronische Bild oder das erste transformierte elektronische Bild und das zweite transformierte elektronische Bild werden zu einem Gesamtbild überlagert, das auf einer der Anzeigeeinrichtungen monoskopisch dargestellt wird. Dieses Gesamtbild enthält nun Informationen sowohl aus dem ersten Spektralbereich als auch aus dem zweiten Spektralbereich, wobei die Merkmale aus dem jeweiligen Spektralbereich an demselben Ort im Gesamtbild liegen, sodass kein Versatz zwischen den Informationen aus dem ersten Spektralbereich und den jeweiligen Informationen aus dem zweiten Spektralbereich vorliegt.
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Die Transformation des elektronischen Bilds, das die Fluoreszenzemitter abbildet, weist meist weniger Artefakte als die Transformation des Bildes in sichtbarem Spektralbereich auf. Daher ist es bevorzugt, dass der erste Spektralbereich Strahlung im sichtbarem Wellenlängenbereich umfasst und/oder der zweite Spektralbereich mit einem Emissionsspektrum eines im Objekt vorhandenen Fluoreszenzemitters übereinstimmt, wobei optional lediglich das zweite elektronische Bild transformiert wird, um das monoskopische Gesamtbild zu erzeugen.
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Die Transformationsfunktion hängt von der Disparität der stereoskopischen Abbildung ab und damit von den an den Mikroskopen vorgenommenen Einstellungen, wie beispielsweise dem Vergrößerungsmaßstab, der Position und/oder Art des Objekts. Daher ist bevorzugt, dass Veränderungen am Mikroskop oder am Objekt detektiert werden, wobei, wenn eine Veränderung festgestellt wird, die Transformationsfunktion neu bestimmt wird. Dazu kann beispielsweise überwacht werden, wie der Vergrößerungsmaßstab des ersten Abbildungsstrahlengangs und/oder des zweiten Abbildungsstrahlengangs eingestellt ist. Beispielsweise ist ein Sensor vorgesehen, der die Position und/oder Einstellung der im ersten und/oder zweiten Abbildungsstrahlengang vorhandenen Linsen detektiert. Ferner, wenn die Steuereinrichtung den Vergrößerungsmaßstab steuert, kann eine Veränderung direkt durch die Steuereinrichtung detektiert werden. Es sind jedoch jede andere Einstellungen an dem Mikroskop denkbar, welche Einfluss auf die Transformationsfunktion haben. Es können alle möglichen Veränderungen oder nur einzelne, besonders aussagekräftige Veränderungen am Mikroskop festgestellt werden. Ferner kann ein Objektträger, insbesondere dessen Position, überwacht werden, um Veränderungen am Objekt festzustellen. Eine solche Veränderung kann beispielsweise der Abstand zwischen Mikroskop und Objekt sein, der jedoch auch über die Positionierung des Mikroskops über dem Objekt detektiert werden kann. Auch ein Austausch des Objekts kann durch einen Sensor erfasst werden. Darüber hinaus können die Veränderungen am Mikroskop und/oder am Objekt durch Bildanalyse detektiert werden. Sobald eine Veränderung am Mikroskop oder am Objekt festgestellt wird, wird die Transformationsfunktion neu bestimmt, sodass die Transformationsfunktion jeweils an die am Mikroskop vorgenommenen Einstellungen angepasst ist.
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Die durch die stereoskopische Darstellung verursachte Disparität zwischen dem ersten elektronischen Bild und dem zweiten elektronischen Bild ist eng mit der Transformationsfunktion verknüpft, da die Transformationsfunktion den durch die Disparität verursachten Versatz ausgleicht. Daher hilft die Kenntnis der Disparität zwischen dem ersten elektronischen Bild und dem zweiten elektronischen Bild bei der Bestimmung der Transformationsfunktion, wobei die Disparität beispielsweise von dem Vergrößerungsmaßstab der Abbildung und dem Abstand zwischen dem Mikroskop und Objekt abhängt. In einer ersten Variante ist es daher vorgesehen, dass eine Disparitätenkarte zwischen den im ersten Betriebsmodus aufgenommenen ersten und zweiten elektronischen Bildern bestimmt wird und aus der Disparitätenkarte die Transformationsfunktion bestimmt wird. Die Disparitätenkarte, welche insbesondere alle oder einen Teil der einzelnen Disparitäten zwischen entsprechenden Merkmalen im ersten elektronischen Bild und im zweiten elektronischen Bild angibt, kann im ersten Betriebsmodus besonders gut aufgenommen werden, da im ersten Betriebsmodus das erste elektronische Bild und das zweite elektronische Bild im identischen Spektralbereich aufgenommen werden, sodass das im ersten Betriebsmodus aufgenommene erste elektronische Bild und das zweite elektronische Bild bis auf die Disparität identisch sind. Daher können besonders viele Merkmale zur Bestimmung der Disparität herangezogen werden, wodurch die Disparitätenkarte genauer wird und somit auch die Bestimmung der Transformationsfunktion. Zu Einzelheiten der Bestimmung der Transformationsfunktion aus einer stereoskopischen Aufnahme wird auf die
WO 2013/103870 A1 verwiesen.
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Ändert sich die Einstellung am Mikroskop oder am Objekt, so dass sich die Transformationsfunktion ändert, wird bei dieser Vorgehensweise zur Bestimmung der Transformationsfunktion vom zweiten Betriebsmodus in den ersten Betriebsmodus gewechselt, um dort das erste elektronische Bild und das zweite elektronische Bild im identischen Spektralbereich aufzunehmen, um die Disparitätenkarte zu bestimmen. Ist diese bestimmt und daraus die Transformationsfunktion berechnet, wechselt das Mikroskop, beispielsweise automatisch, in den zweiten Betriebsmodus, in welchem das monoskopische Bild mit der an die jeweilige Einstellung des Mikroskops und die Positionierung des Objekts angepasste Transformationsfunktion zur Erzeugung des monoskopischen Gesamtbilds verwendet werden kann.
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In einer Weiterbildung kann, wenn Änderungen am Mikroskop oder am Objekt detektiert werden, ein Signal, beispielsweise durch die Steuereinrichtung, erzeugt werden, das den Benutzer darauf hinweist, dass die Transformationsfunktion nicht länger aktuell ist. Die Aktualisierung der Transformationsfunktion kann dann beispielsweise manuell eingeleitet werden. Dies kann beispielsweise dann erfolgen, wenn die Bestimmung der Transformationsfunktion für die Nutzer günstig ist, sodass beispielsweise die Betrachtung des Objekts mittels dem Mikroskop nicht unterbrochen werden muss.
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Die Disparität zwischen den beiden stereoskopisch aufgenommenen ersten und zweiten elektronischen Bildern ergibt sich dann, wenn das Objekt über seine Ausdehnung nicht in der Fokalebene der Abbildungsoptik liegt. Bei sich in einer Tiefenrichtung erstreckenden Objekten, wobei die Tiefenrichtung senkrecht zu der Fokalebene liegt, hängt somit die Disparität vom Abstand zwischen einem Punkt des Objekts und dem Mikroskop ab und ändert sich somit in einer Ebene senkrecht zu der Tiefenrichtung. Dies bedeutet, dass bei Kenntnis einer Tiefenkarte des Objekts, welche die Tiefe des Objekts in Tiefenrichtung abhängig von seiner Erstreckung in einer zu der Fokalebenen parallelen Ebene angibt, die Transformationsfunktion bestimmt werden kann. Daher ist es in einer zweiten Variante vorgesehen, dass ein Zusammenhang, welcher Tiefenlagen von Orten des Objekts mit den entsprechenden Bildorten in dem ersten elektronischen Bild und dem zweiten elektronischen Bild verknüpft, erfasst wird, wobei die Transformationsfunktion aus dem Zusammenhang und aus einer Tiefenkarte des Objekts, welche die Tiefenlage von Orten des Objekts angibt, bestimmt wird.
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Ist die Tiefenlage eines Orts des Objekts bekannt, beispielsweise mithilfe der Tiefenkarte des Objekts, kann nun die Disparität zwischen den einzelnen elektronischen Bildern bestimmt werden und/oder daraus die Transformationsfunktion berechnet werden. Hierzu ist es jedoch nicht nötig, dass in den ersten Betriebsmodus gewechselt werden muss, da die Disparität aufgrund der Tiefenkarte und des Zusammenhangs bestimmt wird und nicht auf Grundlage der aus den im ersten Betriebsmodus aufgenommenen ersten und zweiten elektronischen Bildern erfolgt.
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Der Zusammenhang kann beispielsweise eine Look-up-Tabelle oder eine Funktion sein. Beispielsweise umfasst der Zusammenhang eine Vielzahl von Werten, die durch Interpolation an die jeweiligen Werte der Tiefenkarte angepasst werden kann. Der Zusammenhang kann beispielsweise in der Steuereinrichtung, optional in dessen Speicher, hinterlegt sein.
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Optional wird die Tiefenkarte mittels eines Tiefensensors bestimmt. Als Tiefensensor kann beispielsweise ein Time-of-Flight-Sensor verwendet werden. Zu Einzelheiten hinsichtlich des Tiefensensors und der Bestimmung der Tiefenkarte daraus wird auf die
US 2015/346472 A und die
DE 102014210121 A1 verwiesen. Die Verwendung eines Tiefensensors hat den Vorteil, dass zur Bestimmung der Tiefenkarte nicht in den ersten Betriebsmodus gewechselt werden muss und auch bei Änderungen am Mikroskop und/oder dem Objekt im zweiten Betriebsmodus mithilfe des Tiefensensors die angepasste Transformationsfunktion bestimmt werden kann. Dazu ist es in einer Weiterbildung bevorzugt, dass die Tiefenkarte kontinuierlich bestimmt wird, sodass optional die Transformationsfunktion kontinuierlich aktualisiert wird. Insbesondere ist die Aktualisierung der Transformationsfunktion auch im zweiten Betriebsmodus möglich, sodass ein Umschalten in den ersten Betriebsmodus hier nicht notwendig ist. Die kontinuierliche Aktualisierung der Tiefenkarte kann periodisch, d. h. in vorgegebenen Zeitabständen, erfolgen. Vorzugsweise hat die Position der Filtereinrichtung keinen Einfluss auf die Messung durch den Tiefensensor, beispielsweise indem der Tiefensensor bezogen auf das Objekt vor der Filtereinrichtung angeordnet ist. Darüber hinaus ist es optional, dass der Tiefensensor unabhängig vom ersten Bilddetektor und dem zweiten Bilddetektor positioniert ist, das heißt, dass der Tiefensensor unabhängig von den Bilddetektoren arbeitet, beispielsweise einen eigenen Sensor aufweist. Es ist auch möglich, dass der Tiefensensor nur die gemeinsame Objektivlinse mit dem ersten Abbildungsstrahlengang und dem zweiten Abbildungsstrahlengang teilt oder separat zum ersten Abbildungsstrahlengang und dem zweiten Abbildungsstrahlengang angeordnet ist.
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Der Zusammenhang hängt unter anderem von dem Vergrößerungsmaßstab des Mikroskops ab, sodass sich der Zusammenhang abhängig von dem Vergrößerungsmaßstab ändert. Daher ist es in einer Weiterbildung vorgesehen, dass das Objekt mittels einer Abbildungsoptik auf die Stereo-Kamera abgebildet wird, wobei der Zusammenhang aus einer Einstellung der Abbildungsoptik und/oder durch Kalibration des Mikroskops bestimmt wird. Wie zuvor ausgeführt, umfasst die Abbildungsoptik Linsen des ersten Abbildungsstrahlengangs und des zweiten Abbildungsstrahlengangs, wobei die Einstellungen der einzelnen Optiken des ersten Abbildungsstrahlengangs und des zweiten Abbildungsstrahlengangs durch die Steuereinrichtung erfasst werden können, beispielsweise mithilfe eines Sensors oder durch Antriebe, welche die Optiken in den jeweiligen Abbildungsstrahlengang steuern. Daraus kann dann der Vergrößerungsmaßstab berechnet werden, welcher ein Parameter für den Zusammenhang ist. Jedoch ist es auch möglich, dass der Zusammenhang abhängig von den verschiedenen Einstellungen der Abbildungsoptik, insbesondere dessen Vergrößerungsmaßstab, kalibriert wird, beispielsweise dadurch, dass für viele mögliche Einstellungen der Abbildungsoptik ein entsprechender Wert in dem Zusammenhang notiert wird.
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In einer weiteren Ausführungsform ist es optional vorgesehen, dass die Tiefenkarte aus dem im ersten Betriebsmodus aufgenommenen ersten sowie dem zweiten elektronischen Bild bestimmt wird. Hier wird die Disparität zwischen dem ersten elektronischen Bild und dem zweiten elektronischen Bild und daraus die Tiefenkarte bestimmt, welche in den Zusammenhang eingegeben wird, um die Transformationsfunktion zu berechnen. In dieser Ausführungsform kann auf die Verwendung eines Tiefensensors verzichtet werden.
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Nachfolgend wird die Erfindung beispielsweise anhand der beigefügten Zeichnungen, die auch erfindungswesentliche Merkmale offenbaren, noch näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine erste Ausführungsform eines Mikroskops in einem ersten Betriebsmodus;
- 2 eine zweite Ausführungsform des Mikroskops in einem zweiten Betriebsmodus;
- 3 eine schematische Darstellung zur Erzeugung eines monoskopischen Gesamtbilds, das Informationen in zwei Spektralbereichen aufweist; und
- 4 eine Blockdarstellung, welches wichtige Schritte des Verfahrens darstellt.
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Mit der schematischen Darstellung von 1 wird ein Mikroskop 10 beschrieben. Das Mikroskop 10 kann vom Fernrohrtyp sein und ausgebildet sein, elektronische Stereo-Bilder und/oder Stereo-Videos eines Objekts O zu erzeugen. Das Mikroskop 10 bildet das Objekt O optisch ab.
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In Abbildungsrichtung hinter einem Objektiv 12 befindet sich ein Abschnitt mit parallelen Strahlengängen. Eine erste Tubuslinse 14.1 und eine zweite Tubuslinse 14.2 erzeugen in jeweiligen Bildebenen jeweils ein erstes optisches Bild 16.1 und ein zweites optisches Bild 16.2. In den Bildebenen liegen jeweils ein erster Bilddetektor 18.1 und ein zweiter Bilddetektor 18.2, welche jeweils die optischen Bilder 16.1, 16.2 in erste elektronische Bilddaten 20.1 und zweite elektronische Bilddaten 20.2 umwandeln. Die Bilddetektoren 18.1, 18.2 umfassen beispielsweise einen CCD-Sensor (charge-couple-device) und/oder CMOS-Sensor (complementary metal-oxidesemi-conductor) und bilden eine Stereo-Kamera 22. Eine Steuereinrichtung 24 ist mit den Bilddetektoren 18.1, 18.2 über Leitungen und/oder drahtlos datentechnisch verbunden und erzeugt aus den jeweiligen elektronischen Bilddaten 20.1, 20.2 jeweils ein erstes elektronisches Bild 26.1 und ein zweites elektronisches Bild 26.2. Die Steuereinrichtung 24 kann beispielsweise ein Mikroprozessor, ein Computer mit entsprechend versehenem Computerprogramm oder ein sonstiger elektrischer Schaltkreis sein. Die Steuereinrichtung 24 ist mit einer ersten Anzeigeeinrichtung 28.1 und einer zweiten Anzeigeeinrichtung 28.2 verbunden und kann die Anzeigeeinrichtungen 28.1, 28.2 derart ansteuern, dass diese jeweils das erste elektronische Bild 26.1 und das zweite elektronische Bild 26.2 anzeigen. Die Anzeigeeinrichtungen 28.1, 28.2 können einen Bildschirm und/oder ein Display umfassen und bilden zusammen eine Stereo-Anzeigeeinrichtung 30 zum Anzeigen eines Stereo-Bilds. Die Stereo-Anzeigeeinrichtung 30 kann beispielsweise als ein Head-Up-Display oder ein Monitor zum Anzeigen eines Stereo-Bilds ausgebildet sein.
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Das Objektiv 12 und die Tubuslinsen 14.1, 14.2 bilden einen ersten Abbildungsstrahlengang 32.1 und einen zweiten Abbildungsstrahlengang 32.2, welche jeweils zum Abbilden der vom Objekt O stammenden Strahlung auf die Bilddetektoren 18.1, 18.2 dient. Die Bilddetektoren 18.1, 18.2, die Steuereinrichtung 24 und die Anzeigeeinrichtungen 28.1, 28.2 bilden jeweils einen ersten datentechnischen Teil 34.1 und einen zweiten datentechnischen Teil 34.2 des Mikroskops 10 zur Erfassung und Darstellung des Objekts O. Die jeweiligen Abbildungsstrahlengänge 32.1, 32.2 sowie die entsprechenden datentechnischen Teile 34.1, 34.2 bilden zusammen einen ersten Stereo-Kanal 36.1 und einen zweiten Stereo-Kanal 36.2.
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Das Mikroskop 10 weist somit einen ersten Stereo-Kanal 36.1 und einen zweiten Stereo-Kanal 36.2 auf. Der erste Stereo-Kanal 36.1 dient zur Erzeugung des ersten elektronischen Bilds 26.1 des Objekts O und der zweite Stereo-Kanal 36.2 dient zur Erzeugung des zweiten elektronischen Bilds 26.2 des Objekts O. Das erste elektronische Bild 26.1 und das zweite elektronische Bild 26.2 bilden zusammen ein Stereo-Bild des Objekts O.
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Der erste Abbildungsstrahlengang 32.1 bildet das Objekt O durch das Objektiv 12 und die erste Tubuslinse 14.1 in das erste optische Bild 16.1 auf den ersten Bilddetektor 18.1 ab, während der zweite Abbildungsstrahlengang 32.2 das Objekt O durch das Objektiv 12 und die zweite Tubuslinse 14.2 in das zweite optische Bild 16.2 auf den zweiten Bilddetektor 18.2 abbildet. Das Objektiv 12 weist eine gemeinsame Objektivlinse 38, eine (optionale) erste Objektivlinse 40.1, eine (optionale) zweite Objektivlinse 40.2 und einen Objektivantrieb 42 auf. Die gemeinsame Objektivlinse 38 stellt optional die Linse des Mikroskops 10 dar, welche dem Objekt O am nächsten liegt. Die gemeinsame Objektivlinse 38 wirkt für den ersten Abbildungsstrahlengang 32.1 und den zweiten Abbildungsstrahlengang 32.2. Die erste Objektivlinse 40.1 ist lediglich im ersten Abbildungsstrahlengang 32.1 vorgesehen, während die zweite Objektivlinse 40.2 im zweiten Abbildungsstrahlengang 32.2 vorgesehen ist. Die gemeinsame Objektivlinse 38 kann optional eine oder mehrere Linsen umfassen, welche zueinander beweglich sind. Auf diese Weise lassen sich die Abbildungseigenschaften, insbesondere die Brennweite, des Objektivs 12 verändern. Dazu kann ein Objektivantrieb 42a vorgesehen sein, mittels dessen die Brennweite des Objektivs 12 eingestellt werden kann. Mittels eines Objektivantriebs 42b können die Objektivlinsen 40.1, 40.2 gegenüber der gemeinsamen Objektivlinse 38 bewegt werden, um dadurch die Brennweite des Objektivs 12 für die beiden Abbildungsstrahlengänge 32.1 und 32.2 individuell zu verändern. Der Objektivantrieb 42a oder 42b kann beispielsweise einen Elektromotor umfassen und ist mit der Steuereinrichtung 24 über nicht dargestellte Leitungen oder drahtlos verbunden. Mithilfe des Objektivantriebs 42a oder 42b kann die Brennweite des Objekts 12 durch die Steuereinrichtung 24 erfasst und/oder eingestellt werden. Darüber hinaus ist es auch möglich, dass die Brennweite des Objektivs 12 manuell verstellt werden kann und anstelle des Objektivantriebs ein Sensor vorgesehen ist, der die momentane Einstellung, das heißt die Brennweite des Objektivs 12, erfassen kann. Dieser Sensor ist ebenfalls mit der Steuereinrichtung 24 verbunden. Das Objektiv 12 dient dazu, die von dem Objekt O emittierte oder reflektierte Strahlung nach Durchgang durch das Objektiv 12 zu parallelisieren.
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Die von dem Objektiv 12 parallelisierte Strahlung wird durch die Tubuslinsen 14.1, 14.2 auf den ersten Bilddetektor 18.1 und den zweiten Bilddetektor 18.2 fokussiert. Die erste Tubuslinse 14.1 und/oder die zweite Tubuslinse 14.2 können/kann eine oder mehrere Linsen umfassen, welche gegeneinander beweglich sind. Auf diese Weise lassen sich die Abbildungseigenschaften der ersten Tubuslinse 14.1 und/oder der zweiten Tubuslinse 14.2 verändern. Dazu kann ein Tubuslinsenantrieb 44 vorgesehen sein, der mit der Steuereinrichtung 24 über nicht dargestellte Leitungen oder drahtlos verbunden ist. Damit kann die Steuereinrichtung 24 die momentane Einstellung der ersten Tubuslinse 14.1 und/oder der zweiten Tubuslinse 14.2 erfassen. Das Objektiv 12 sowie die Tubuslinsen 14.1, 14.2 bilden zusammen eine Abbildungsoptik 46, mittels welcher die optischen Bilder 16.1, 16.2 erzeugt werden. Mittels der Abbildungsoptik 46 kann das Objekt O vorzugsweise mit einstellbarem Vergrößerungsmaßstab auf die Bilddetektoren 18.1, 18.2 abgebildet werden. Insbesondere lässt sich der Vergrößerungsmaßstab mithilfe des Objektivs 12 und den Tubuslinsen 14.1, 14.2 stufenlos verstellen. Der Vergrößerungsmaßstab hinsichtlich des ersten Abbildungsstrahlengangs 32.1 und des zweiten Abbildungsstrahlengangs 32.2 kann unterschiedlich gewählt werden, ist jedoch vorzugsweise identisch.
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Der erste datentechnische Teil 34.1 umfasst den ersten Bilddetektor 18.1, die Steuereinrichtung 24 und die erste Anzeigeeinrichtung 28.1 zur Bilddarstellung des ersten elektronischen Bilds 26.1. Der zweite datentechnische Teil 34.2 umfasst den zweiten Bilddetektor 18.2, die Steuereinrichtung 24 und die zweite Anzeigeeinrichtung 28.2. Die Bilddetektoren 18.1, 18.2 wandeln jeweils die optischen Bilder 16.1, 16.2 in elektronische Bilddaten 20.1, 20.2 um; insbesondere erzeugt der erste Bilddetektor 18.1 erste elektronische Bilddaten 20.1 und der zweite Bilddetektor 18.2 zweite elektronische Bilddaten 20.2. Die elektronischen Bilddaten 20.1, 20.2 werden über Leitungen an die Steuereinrichtung 24 übermittelt. Die Steuereinrichtung 24 erzeugt jeweils aus den elektronischen Bilddaten 20.1, 20.2 elektronische Bilder 26.1, 26.2, die auf den Anzeigeeinrichtungen 28.1, 28.2 angezeigt werden.
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Das Mikroskop 10 weist ferner eine Filtereinrichtung 48 auf. Die Filtereinrichtung 48 ist mindestens zwischen zwei Positionen bewegbar. In der ersten Position transmittiert die Filereinrichtung für den ersten Abbildungsstrahlengang 32.1 und den zweiten Abbildungsstrahlengang 32.2 mindestens einen Spektralbereich, der für beide Abbildungsstrahlengänge 32.1, 32.2 gleich ist. In der zweiten Position transmittiert die Filtereinrichtung 48 für den ersten Abbildungsstrahlengang 32.1 einen ersten Spektralbereich und für den zweiten Abbildungsstrahlengang 32.2 einen zweiten Spektralbereich. Der erste Spektralbereich kann der sichtbare Wellenlängenbereich oder ein Teil davon sein. Der zweite Spektralbereich kann das Spektrum einer vom Objekt O ausgehenden Fluoreszenzemission mindestens teilweise beinhalten. Der erste und zweite Spektralbereich können sich überlappen. Der in der ersten Position identische Spektralbereich kann beispielsweise mit dem ersten Spektralbereich übereinstimmen.
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Die Filtereinrichtung 48 ist vorzugsweise über nicht dargestellte Leitungen oder drahtlos datentechnisch mit der Steuereinrichtung 24 verbunden, wobei optional die Steuereinrichtung 24 die Filtereinrichtung 48 veranlassen kann, sich von der ersten Position in die zweite Position zu bewegen oder umgekehrt.
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Die Filtereinrichtung 48 kann einen Filter 50 und einen Filterantrieb 52 aufweisen. Der Filterantrieb 52 kann beispielsweise einen Elektromotor umfassen und den Filter 50 bewegen. In der ersten Position der Filtereinrichtung 48 kann der Filter 50 derart angeordnet sein, dass er nicht im zweiten Abbildungsstrahlengang 32.2 vorgesehen ist (siehe 1). In der zweiten Position, wie dies in 2 gezeigt ist, kann der Filter 50 im zweiten Abbildungsstrahlengang 32.2 angeordnet sein, sodass lediglich Strahlung im zweiten Spektralbereich, welche der Filter 50 passieren lässt, auf den zweiten Bilddetektor 18.2 fällt. Da der Filter 50 in der gezeigten Ausführungsform nicht in den ersten Abbildungsstrahlengang 32.1 hineinreicht, wird im ersten Abbildungsstrahlengang 32.1 Strahlung sowohl im ersten Spektralbereich als auch im zweiten Spektralbereich stets transmittiert.
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Es sind jedoch andere Ausführungsformen für die Filtereinrichtung 48 ebenso verwendbar. Beispielsweise kann die Filtereinrichtung 48 in der erste Position sowohl im ersten Abbildungsstrahlengang 32.1 und im zweiten Abbildungsstrahlengang 32.2 einen Filter 50 bereitstellen, der im ersten Spektralbereich transmittiert, während in der zweiten Position im ersten Abbildungsstrahlengang 32.1 ein Filter 50 im ersten Spektralbereich transmittiert, und im zweiten Abbildungsstrahlengang 32.2 ein zweiter Filter vorgesehen ist, der Strahlung im zweiten Spektralbereich transmittiert.
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Eine zweite Ausführungsform des Mikroskops
10 ist in
2 dargestellt. Diese stimmt mit der Ausführungsform gemäß
1 bis auf den folgenden Unterschied überein. Das Mikroskop
10 gemäß der zweiten Ausführungsform von
2 weist zusätzlich einen Tiefensensor
54 auf. Der Tiefensensor
54 kann beispielsweise als Time-of-Flight-Sensor ausgebildet sein, für Einzelheiten wird auf die
US 2015/346472 A und die
DE 102014210121 A1 verwiesen. Der Tiefensensor
54 ist ausgebildet, eine Tiefenkarte des Objekts O zu bestimmen, das heißt an mehreren Orten des Objekts
O die Höhe zu bestimmen. Dazu kann der Tiefensensor
54 eine Tiefenkarte des Objekts
O erfassen, welche die Höhe des Objekts
O, welche sich beispielsweise parallel zu einer optischen Achse des Objektivs
12 erstreckt, abhängig von der lateralen Position des Objekts
O angibt. Der Tiefensensor
54 ist optional unabhängig von der Filtereinrichtung
48, dem ersten Bilddetektor
18.1 und/oder dem zweiten Bilddetektor
18.2 vorgesehen. Dies bedeutet insbesondere, dass die Position der Filtereinrichtung
48 auf die erfassende Tiefenkarte durch den Tiefensensor
54 keinen Einfluss hat. Ferner kann der Tiefensensor
54 einen von den Bilddetektoren
18.1,
18.2 separaten Sensor aufweisen. Der Tiefensensor
54 kann beispielsweise unmittelbar hinter oder auch vor der gemeinsamen Objektivlinse
38 angeordnet sein. Alternativ oder zusätzlich kann der Tiefensensor
54 unabhängig von dem Mikroskop
10 vorgesehen sein. Der Tiefensensor
54 ist über nicht dargestellte Leitungen und/oder drahtlos datentechnisch mit der Steuereinrichtung
24 verbunden.
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Das Mikroskop 10 kann insbesondere durch die Steuereinrichtung 24 in einem ersten Betriebsmodus und in einem zweiten Betriebsmodus betrieben werden. Der erste Betriebsmodus ist in 1 schematisch dargestellt, während der zweite Betriebsmodus in 2 schematisch dargestellt ist. Das Objekt O strahlt insbesondere Strahlung sowohl in den ersten Spektralbereich als auch in den zweiten Spektralbereich aus. Der zweite Spektralbereich beinhaltet beispielsweise mindestens teilweise das Emissionsspektrum eines Fluoreszenzemitters in dem Objekt O, dessen räumliche Anordnung in dem Objekt O in 1-3 schraffiert dargestellt ist. Das Objekt O wird in 1-3 durch ein +-Zeichen dargestellt, wobei der fluoreszierende Teil schraffiert dargestellt wird. Im ersten Betriebsmodus ist die Filtereinrichtung 48 in der ersten Position, dies bedeutet, dass im ersten Abbildungsstrahlengang 32.1 und im zweiten Abbildungsstrahlengang 32.2 ein identischer Spektralbereich auf die Bilddetektoren 18.1, 18.2 abgebildet wird. Da der erste Bilddetektor 18.1 ausgebildet sein kann, für Strahlung im zweiten Spektralbereich unempfindlich zu sein, wird im ersten Stereo-Kanal 36.1 keine Information des Objekts O im zweiten Spektralbereich erfasst, sondern beispielsweise lediglich im ersten Spektralbereich. Das erste elektronische Bild 26.1, das auf der ersten Anzeigeeinrichtung 28.1 angezeigt wird, weist somit keine Informationen des Objekts O im zweiten Spektralbereich auf, wie dies durch das Fehlen des schraffierten Bereichs angedeutet wird. Der zweite Bilddetektor 18.2 kann in der gezeigten Ausführungsform Strahlung im ersten Spektralbereich und im zweiten Spektralbereich detektieren. Im zweiten Stereo-Kanal 36.2 werden zweite elektronische Bilddaten 20.2 erzeugt, die Informationen im ersten Spektralbereich und im zweiten Spektralbereich aufweisen. Die Steuereinrichtung 24 kann optional diejenigen zweiten elektronischen Bilddaten 20.2, die aus dem zweiten Spektralbereich stammen, herausrechnen; die Strahlung im zweiten Spektralbereich kann gegenüber der Strahlung im ersten Spektralbereich derart schwach sein, dass sie im zweiten elektronischen Bild 28.2 nicht sichtbar ist. Ferner kann die Filtereinrichtung 48 derart ausgestaltet sein, dass im ersten Betriebsmodus im zweiten Abbildungsstrahlengang 32.2 ein Filter 50 vorgesehen ist, welcher Strahlung im zweiten Spektralbereich blockiert, oder eine Beleuchtungseinrichtung des Mikroskops 10 wird derart betrieben, dass die Fluoreszenzemission des Objektes O nicht angeregt wird. Das zweite elektronische Bild 26.2 weist demnach keine Informationen im zweiten Spektralbereich auf, wie dies durch das Fehlen des schraffierten Bereichs angedeutet wird. Die elektronischen Bilder 26.1, 26.2 geben somit aus dem gleichen Spektralbereich Informationen wieder, sodass auf der Stereo-Anzeigeeinrichtung 30 dem Beobachter ein Stereo-Bild mit Informationen aus einem identischen Spektralbereich dargestellt werden kann.
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In dem in 2 schematisch dargestellten zweiten Betriebsmodus ist die Filtereinrichtung 48 in der zweiten Position, sodass im zweiten Abbildungsstrahlengang 32.2 der zweite Spektralbereich transmittiert wird. Das zweite elektronische Bild 26.2 weist demnach nur Informationen aus dem zweiten Spektralbereich auf, wie dies schematisch in 2 durch den schraffierten Bereich dargestellt ist. Es kann dem Beobachter somit kein Stereobild dargestellt werden. Da das erste elektronische Bild 26.1 und das zweite elektronische Bild 26.2 aus unterschiedlichen Stereoperspektiven aufgenommen werden, sollten diese nicht einfach überlagert werden, da ansonsten ein Versatz zwischen identischen Merkmalen vorherrschen würde. Um diesen Versatz zu vermeiden, wird das in 3 dargestellte schematische Verfahren angewandt.
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Das Mikroskop 10 stellt erste elektronische Bilddaten 20.1 und zweite elektronische Bilddaten 20.2 bereit. Die in 3 dargestellten schematischen Bilder des Objekts O weisen die Kürzel „R“ und „L“ auf, welche die Stereoperspektive angeben. „L“ definiert die erste Stereoperspektive, während „R“ eine zweite Stereoperspektive darstellt. Wie erwähnt werden die elektronischen Bilddaten 20.1, 20.2 der Steuereinrichtung 24 zugeführt. Diese teilt die ersten elektronischen Bilddaten 20.1, 20.2 auf; die ersten elektronischen Bilddaten 20.1 werden in ein elektronisches Bild 26.1 umgewandelt. Die zweiten elektronischen Bilddaten 20.2 werden bei der Umwandlung in das zweite elektronische Bild 26.2 mittels einer Transformationsfunktion transformiert. Die Transformationsfunktion ist derart ausgestaltet, dass die rechte Stereoperspektive der zweiten elektronischen Bilddaten 20.2 in die linke Stereoperspektive im zweiten elektronischen Bild 26.2 transformiert wird. Dies ist in 3 dadurch hervorgehoben, dass die Bezeichnung „R“ in „L“ wechselt. Das somit erhaltene zweite elektronische Bild 26.2 wird mit dem ersten elektronischen Bild 26.1 zu einem monoskopischen Gesamtbild 26.3 überlagert, welches auf einer der Anzeigeeinrichtungen 28.1, 28.2 dargestellt wird. In dem monoskopischen Gesamtbild 26.3 gibt es keinen Versatz zwischen den Informationen aus dem ersten Spektralbereich und aus dem zweiten Spektralbereich.
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Es ist jedoch auch möglich, dass die ersten elektronischen Bilddaten 20.1 mit einer Inversen der Transformationsfunktion in das erste elektronische Bild 26.1 transformiert werdend; hier findet ein Wechsel von der linken Stereoperspektive in die rechte Stereoperspektive statt. Es ist auch möglich, dass sowohl die ersten elektronischen Bilddaten 20.1 und die zweiten elektronischen Bilddaten 20.2 jeweils transformiert werden, wobei in diesem Fall die Transformationsfunktion mit einem Faktor a und die Inverse der Transformationsfunktion mit einem Faktor b transformiert werden. Die Faktoren a und b sind dabei größer oder gleich 0 und es gilt weiter a + b = 1.
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Die Transformationsfunktion kann in einer Ausführungsform dadurch bestimmt werden, dass eine Disparitätenkarte zwischen dem ersten elektronischen Bild 26.1 und dem zweiten elektronischen Bild 26.2 im ersten Betriebsmodus erzeugt wird. Da im ersten Betriebsmodus der Spektralbereich des ersten elektronischen Bilds 26.1 und des zweiten elektronischen Bilds 26.2 einen identischen Spektralbereich umfassen, kann hier besonders gut eine Disparitätenkarte erstellt werden. Anhand dieser Disparitätenkarte kann dann die Transformationsfunktion bestimmt werden.
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Die Vorgehensweise ist schematisch in dem Blockdiagramm gemäß 4 dargestellt. In Schritt S1 wird die Filtereinrichtung 48 in die erste Position gebracht und das erste elektronische Bild 26.1 und das zweite elektronische Bild 26.2 derart erfasst, dass sie Informationen aus dem gleichen Spektralbereich umfassen (Schritt S2).
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Im Anschluss daran wird in Schritt S3 die Disparitätenkarte zwischen dem ersten elektronischen Bild 26.1 und dem zweiten elektronischen Bild 26.2 bestimmt. Aus der Disparitätenkarte wird dann die Transformationsfunktion generiert. Im anschließenden Schritt S4 wird die Filtereinrichtung 48 in die zweite Position gebracht, das heißt im zweiten Abbildungsstrahlengang 32.2 erfasst der zweite Bilddetektor 18.2 lediglich Strahlung im zweiten Spektralbereich. In Schritt S5 wird mit dem ersten Bilddetektor 18.1 ein Bild im ersten Spektralbereich aufgenommen, während von dem zweiten Bilddetektor 18.2 ein Bild im zweiten Spektralbereich aufgenommen wird. Das zweite elektronische Bild 26.2 wird wie zuvor beschrieben transformiert und ein monoskopisches Gesamtbild 26.3 erzeugt, das von einer der Anzeigeeinrichtungen 28.1, 28.2 dargestellt wird. In Schritt S6 wird überprüft, ob die Einstellungen der Abbildungsoptik 46 noch dieselben sind wie bei der Erstellung der Transformationsfunktion. Dies kann beispielsweise durch Überwachung des Tubuslinsenantriebs 44 oder des Objektivantriebs 42 erfolgen. Ferner kann überwacht werden, ob das Mikroskop 10 gegenüber dem Objekt O bewegt wurde oder das Objekt O selbst bewegt wurde. Ferner kann festgestellt werden, ob die zeitliche Veränderung der Bildinhalte in dem ersten elektronischen Bild 26.1 oder dem zweiten elektronischen Bild 26.2 über einem Schwellenwert liegen oder eine gewisse Zeitspanne verstrichen ist. Die Erfüllung eines dieser Kriterien deutet darauf hin, dass sich die Transformationsfunktion geändert hat, sodass in Schritt S1 neu gestartet wird.
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Die Transformationsfunktion kann in einer alternativen oder zusätzlichen Ausführungsform über eine Tiefenkarte des Objekts
O bestimmt werden. Dazu ist in der Steuereinrichtung
24, beispielsweise in dessen Speicher, ein Zusammenhang zwischen einem Ort im Objekt
O einerseits und in den entsprechenden Bildorten im ersten elektronischen Bild
26.1 und dem zweiten elektronischen Bild
26.2 andererseits hinterlegt. Kennt man die Tiefenkarte des Objekts
O, kann über den Zusammenhang die Transformationsfunktion bestimmt werden. Der Zusammenhang lässt sich aus der aktuellen Einstellung der Abbildungsoptik
46 berechnen oder kann durch Gerätekalibration bestimmt werden. Werden die aktuellen Einstellungen der Abbildungsoptik
46 verwendet, kann dies beispielsweise aus der momentanen Stellung des Objektivantriebs
42 und des Tubuslinsenantriebs
44 bestimmt werden. In einer Ausführungsform kann die Tiefenkarte des Objekts
O durch den Tiefensensor
54 erfasst werden. In einer anderen Ausführungsform kann die Tiefenkarte durch die im ersten Betriebsmodus erstellte Disparitätenkarte erfasst werden. Für Einzelheiten wird hierbei auf die
WO 2013103870 A1 verwiesen.
