DE102022108411A1

DE102022108411A1 - Beleuchtungsoptik, bildgebendes Visualisierungssystem sowie zugehöriges Betriebsverfahren

Info

Publication number: DE102022108411A1
Application number: DE102022108411.6A
Authority: DE
Inventors: Mateusz Cichosz; Johannes Bourbon; Johannes Wickersheim; Julian Nehlich
Original assignee: Schoelly Fiberoptic GmbH
Current assignee: Schoelly Fiberoptic GmbH
Priority date: 2022-04-07
Filing date: 2022-04-07
Publication date: 2023-10-12

Abstract

Zusammenfassend wird zur Verbesserung der Homogenität einer zu Beobachtungszwecken eingesetzten Schrägbeleuchtung (7) eine Beleuchtungsoptik (1) vorgeschlagen, die sich dadurch auszeichnet, dass wenigstens zwei Ablenkelemente (4a, 4b) vorgesehen sind, die sich ein gemeinsames Intensitätsprofil von Beleuchtungslicht (6) teilen und dieses gemeinsame Intensitätsprofil, je nach Verstellung, in unterschiedlichen Ablenkwinkeln (19a und 19b) auf ein zugeordnetes Objektfeld (2) zu lenken, um so die Größe eines ausgeleuchteten Beleuchtungsfelds (8) anzupassen. Eine solche Beleuchtungsoptik (1) lässt sich gewinnbringend zusammen mit üblichen Visualisierungssystemen (3) wie etwa Mikroskopen oder Makroskopen einsetzen, insbesondere in medizinischen Anwendungen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungsoptik zum adaptiven Ausleuchten eines Objektfelds in Schrägbeleuchtung, mit wenigstens zwei verstellbaren Ablenkelementen zur Erzeugung der adaptiven Schrägbeleuchtung. Ein solche Optik kann insbesondere in ein bildgebendes Visualisierungssystem (beispielsweise ein Mikroskop oder ein Makroskop) integriert sein, oder aber als separate Einheit ausgestaltet sein. Daher betrifft die Erfindung auch ein bildgebendes Visualisierungssystem, welches eine solche Beleuchtungsoptik aufweist.
Schließlich betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer Beleuchtungsoptik, wobei in dem Verfahren wenigstens zwei verstellbare Ablenkelemente einer Beleuchtungsoptik (die bevorzugt erfindungsgemäß ausgestaltet sein kann) verstellt werden, um einen Einfallswinkel von Beleuchtungslicht einer Schrägbeleuchtung in Bezug auf ein Objektfeld anzupassen.
Beleuchtungsoptiken wie eingangs beschrieben werden bereits verwendet, beispielsweise um eine schnittweitenabhängige Schrägbeleuchtung zu ermöglichen, durch die Abschattungen wirksam vermieden werden können. Es sind ferner solche Beleuchtungsoptiken auch von Operationsmikroskopen vorbekannt. Je nach Auslegung können mit solchen Beleuchtungsoptiken nicht nur schattenfreie Schrägbeleuchtungen realisiert werden, sondern beispielsweise auch unterschiedliche Einfallswinkel der Schrägbeleuchtung, um so einen bestimmten Beobachtungsmodus zu ermöglichen, etwa in der Augen-Chirurgie.
Ausgehend hiervon hat sich die Erfindung die Aufgabe gestellt, eine Beleuchtungsoptik bereit zu stellen, die vorbekannte Systeme in Bezug auf die Homogenität der erzielten Schrägbeleuchtung übertrifft. Die Erfindung zielt dabei insbesondere darauf ab, eine adaptive Schrägbeleuchtung zur Verfügung zu stellen, die in Abhängigkeit einer momentan eingestellten Brennweite ein optimal abgestimmtes Beleuchtungsfeld zur Verfügung stellt, mit dem Ziel, dadurch die Homogenität der Beleuchtung im Objektfeld zu verbessern (im Vergleich zu vorbekannten Systemen).
Zur Lösung der genannten Aufgabe sind erfindungsgemäß die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 vorgesehen. Insbesondere wird somit erfindungsgemäß zur Lösung der Aufgabe bei einer Beleuchtungsoptik der eingangs beschriebenen Art vorgeschlagen, dass ein erstes verstellbares Ablenkelement der wenigstens zwei verstellbaren Ablenkelemente der Beleuchtungsoptik teildurchlässig ausgestaltet ist, also insbesondere als ein teildurchlässiger Strahlteiler; und dass ein zweites verstellbares Ablenkelement der wenigstens zwei verstellbaren Ablenkelemente der Beleuchtungsoptik zum Ablenken von Beleuchtungslicht eingerichtet ist, welches durch das erste Ablenkelement transmittiert wurde.
Unter einer adaptiven (also einstellbaren) Schrägbeleuchtung kann hier insbesondere eine Beleuchtung verstanden werden, bei welcher eingehende Beleuchtungslichtstrahlen in unterschiedlichen Einfallswinkeln (typischerweise von wenigstens 1°) in Bezug auf eine Flächennormale des Objektfelds auf das Objektfeld einfallen. Hierbei kann die Schrägbeleuchtung mehrere Strahlbündel aufweisen, die aus unterschiedlichen Raumrichtungen, vorzugsweise symmetrisch, jeweils in einem (betragsmäßig) gleichen Einfallswinkel auf eine Ebene im Objektfeld einfallen. Beispielsweise können zwei, drei, vier oder noch mehr solcher Strahlbündel von einem jeweiligen Ablenkelement auf das Objektfeld gelenkt werden, um dort eine möglichst homogene Ausleuchtung zu erreichen.
Das zweite Ablenkelement kann hierbei insbesondere so ausgestaltet sein (beispielsweise mittels einer Vollverspiegelung), dass es das gesamte einfallende (und vom ersten Ablenkelement transmittierte) Beleuchtungslicht ablenkt.
Alternativ oder aber ergänzend zu den vorgenannten Merkmalen kann die eingangs beschriebene Beleuchtungsoptik zur Lösung der Aufgabe erfindungsgemäß auch so ausgestaltet sein, dass die verstellbaren Ablenkelemente dazu eingerichtet sind, Beleuchtungslicht unter unterschiedlichen Ablenkwinkeln durch wenigstens ein optisches Element einer Abbildungsoptik eines zugehörigen bildgebenden Visualisierungssystems zu lenken, für das die Beleuchtungsoptik das Beleuchtungslicht zur Verfügung stellt. Die Aufgabe kann somit insbesondere durch ein solches Visualisierungssystem gelöst werden, dass eine derartige Beleuchtungsoptik aufweist.
Schließlich kann - alternativ oder aber ergänzend zu den vorher beschriebenen Merkmalen - die eingangs beschriebene Beleuchtungsoptik zur Lösung der Aufgabe erfindungsgemäß auch so ausgestaltet sein, dass wenigstens zwei der Ablenkelemente so aufeinander abgestimmt verstellbar sind, dass von ihnen ausgehende jeweilige Beleuchtungsstrahlenbündel beim Auftreffen auf das Objektfeld einen Versatz zeigen, der wenigstens ein Fünftel eines mittleren Strahldurchmessers der beiden Beleuchtungsstrahlenbündel beträgt.
In einem solchen Fall können insbesondere jeweilige Intensitätsmaxima des jeweiligen Beleuchtungsstrahlenbündels zwei Punkte im Objektfeld ausleuchten, die mindestens um den besagten Versatz zueinander beabstandet sind.
Die von den Ablenkelementen ausgehenden jeweiligen Beleuchtungsstrahlenbündel können sich somit teilweise im Objektfeld überlappen, während sich dabei jeweilige Intensitätsmaxima der Beleuchtungsstrahlenbündel im Objektfeld nicht überlappen.
Durch die obigen Ansätze, die auch miteinander kombiniert werden können, kann eine Homogenität der Intensitätsverteilung des Beleuchtungslichts im Objektfeld im Vergleich zu einer Intensitätsverteilung eines der Beleuchtungsstrahlenbündel verbessert werden, wie im Folgenden noch ersichtlich werden wird.
Die hier vorgestellte Beleuchtungsoptik kann beispielsweise zusammen mit einem Operations-Makroskop eingesetzt werden, das für medizinische Anwendungen vorgesehen ist. Die Beleuchtungsoptik ist aber auch für andere Anwendungen einsetzbar, insbesondere bei anderen Visualisierungssystemen wie etwas in einem Mikroskop und auch außerhalb von medizinischen Anwendungen, etwa bei der Inspektion von Bauteilen.
Für eine erfindungsgemäße Beleuchtungsoptik kann es ausreichend sein, eine einzige Lichtquelle zu verwenden. In diesem Fall kann das gesamte Licht, welches auf das zweite Ablenkelement fällt, zuvor von dem ersten Ablenkelement transmittiert worden sein. Es ist aber auch möglich, beispielsweise ausgehend von einer externen Lichtquelle, mit Hilfe von Lichtleitern jedem der Ablenkelemente gesondert Beleuchtungslicht zuzuführen. In diesem Fall bildet somit jeder Lichtleiter eine eigene Art Licht-Quelle aus, die dem jeweiligen Ablenkelement zugeordnet ist. Es kann also insbesondere vorgesehen sein, dass pro Ablenkelement je eine zugeordnete Lichtquelle (beispielsweise das Ende eines Lichtleiters) vorgesehen ist/verwendet wird.
Die Verwendung nur einer Lichtquelle hat den wesentlichen Vorteil, dass dadurch die Beleuchtungsoptik wesentlich kompakter ausgestaltet werden kann. Daher ist es auch bei Verwendung mehrerer Lichtleiter zu bevorzugen, wenn diese von einer gemeinsamen Lichtquelle gespeist sind (und somit von dieser Quelle Licht beziehen).
Für eine kompakte Bauweise kann es ferner vorteilhaft sein, wenn der Beleuchtungsstrahlengang einen Abbildungsstrahlengang eines zugeordneten Visualisierungssystems kreuzt.
Ferner ist es insbesondere möglich, das erfindungsgemäße Konzept einer adaptiven Schrägbeleuchtung mit mehr als zwei verstellbaren Ablenkelementen zu realisieren, beispielsweise mit drei, vier oder noch mehr Ablenkelementen. So können etwa zahlreiche Ablenkelemente auf einem Kreis angeordnet sein, um so jeweilige Beleuchtungslichtstrahlenbündel, mehr oder weniger stark abgelenkt (je nach momentaner Verstellung / nach momentan eingestellter Schnittweite), auf das Objektfeld zu lenken.
Die zuvor beschriebenen Ausgestaltungen lassen sich noch weiterbilden, wie in den Unteransprüchen beschrieben:

So kann die Beleuchtungsoptik in ein bildgebendes Visualisierungssystem integriert sein, welches eine optische Achse definiert. In diesem Fall ist es bevorzugt, wenn in jeder benutzen Stellung der Ablenkelemente zugehörige Beleuchtungsstrahlenbündel stets in einem schrägen Winkel in Bezug auf die optische Achse des Visualisierungssystems von dem jeweiligen Ablenkelement ausgehen. Denn dadurch können störende Rückreflexionen wirksam vermieden werden.

Es kann ferner insbesondere vorgesehen sein, dass das erste und das zweite Ablenkelement synchron verstellbar sind. So kann das erste und das zweite Ablenkelement stets einen gleichen, jedoch adaptiv einstellbaren, Einfallswinkel des Beleuchtungslichts im Objektfeld erzeugen.
Es ist ferner vorzuziehen, wenn die wenigstens zwei Ablenkelemente kontinuierlich verstellbar sind. Denn dadurch kann insbesondere ein zugehöriges Beleuchtungsstrahlenbündel unter unterschiedlichen Ablenkwinkeln von dem jeweiligen Ablenkelement ausgehen.
Das erste Ablenkelement kann beispielsweise als rotativ verschwenkbarer teildurchlässiger Spiegel oder aber als axial verschiebliches Ablenkelement, insbesondere als axial verschieblicher Strahlteiler (zum Beispiel in Kombination mit einem Prisma) ausgestaltet sein. Dadurch kann jeweils eine gewünschte Strahlablenkung des Beleuchtungslichts der Schrägbeleuchtung erreicht werden.
Es können ferner wenigstens zwei der Ablenkelemente, insbesondere mechanisch und/oder elektronisch, so miteinander gekoppelt sein, dass diese aufeinander abgestimmt, vorzugsweise synchron, aktuierbar sind. Eine solche Aktuierung kann bevorzugt mittels eines gemeinsamen Aktuators erfolgen.
Zur Lösung der Aufgabe wird ferner ein wie eingangs beschriebenes bildgebendes Visualisierungssystem vorgeschlagen. Dieses System zeichnet sich dadurch aus, dass eine wie zuvor beschriebene oder nach einem der auf eine Beleuchtungsoptik gerichteten Ansprüche ausgestaltete Beleuchtungsoptik aufweist. Ein solches System kann zum Beispiel in Form eines Mikroskops oder eines Makroskops ausgestaltet sein; es kann ferner auch zum stereoskopischen Abbilden von Objekten ausgelegt werden.
Ein erfindungsgemäßes Visualisierungssystem kann bevorzugt ein optisches Zoom bieten. In diesem Fall ist es vorteilhaft, wenn die Beleuchtungsoptik dazu eingerichtet ist, in Abhängigkeit eines momentan im Visualisierungssystem eingestellten optischen Zooms eine Größe eines mit der Schrägbeleuchtung ausgeleuchteten Beleuchtungsfelds innerhalb des Objektfelds anzupassen.
Der Zoomfaktor wird üblicherweise definiert als das Verhältnis der längsten und der kürzesten Brennweite eines Zoomobjektivs. Bevorzugt weist das erfindungsgemäße Visualisierungssystem einen Zoomfaktor von wenigstens 3, bevorzugt von wenigstens 5, auf. Entsprechend kann in einem solchen Fall vorgesehen sein, dass die Größe des ausgeleuchteten Felds, zum Beispiel gemessen als maximale Felddiagonale, über einen Bereich von wenigstens 300% verstellbar ist.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung des Systems sieht vor, dass die Ablenkelemente der Beleuchtungsoptik, die die Schrägbeleuchtung realisieren, außerhalb eines Abbildungsstrahlengangs des Visualisierungssystems angeordnet sind. Dies kann insbesondere derart erfolgen, dass keine Abbildungsstrahlen durch die wenigstens zwei verstellbaren Ablenkelemente der Beleuchtungsoptik verlaufen. Mit anderen Worten sind dann die Ablenkelemente selbst außerhalb des Abbildungsstrahlengangs des Visualisierungssystem angeordnet. Dennoch können sich auch in einem solchen Fall die Beleuchtungs- und Abbildungsstrahlen kreuzen.
Das die Schrägbeleuchtung ausbildende Beleuchtungslicht (das typischerweise durch wenigstens zwei Beleuchtungsstrahlenbündel bereitgestellt wird), kann somit in bestimmten Ausgestaltungen mittels der wenigstens zwei Ablenkelemente getrennt von, beziehungsweise außerhalb einer, Abbildungsoptik des Visualisierungssystems auf das Objektfeld geführt sein. Eine solche Ausgestaltung kann vorteilhaft sein, weil dann unter Umständen keinerlei Beleuchtungslicht durch optische Elemente der Abbildungsoptik geleitet wird, bevor das Beleuchtungslicht auf das Objektfeld trifft.
Es kann aber alternativ hierzu auch vorgesehen sein, dass das die Schrägbeleuchtung ausbildende Beleuchtungslicht mittels der wenigstens zwei Ablenkelemente zumindest teilweise durch wenigstens ein optisches Element einer Abbildungsoptik des Visualisierungssystems auf das Objektfeld geführt ist, insbesondere um so die Homogenität der Ausleuchtung des Objektfelds zu verbessern. In einem solchen Fall ist es vorzuziehen, wenn dabei das auf das Objektfeld einfallende Beleuchtungslicht stets in schrägem Winkel in Bezug auf eine optische Achse der Abbildungsoptik auf die optischen Elemente trifft. Denn dadurch können Rückreflexe vermieden werden.
Wie bereits erwähnt wurde, kann das Visualisierungssystem eine (insbesondere die zuvor beschriebene) Abbildungsoptik aufweisen, die mit durchstimmbarer Brennweite ausgestaltet ist, insbesondere zu dem Zweck, einen (insbesondere den zuvor beschriebenen) optischen Zoom zu realisieren. In einem solchen Fall kann es sinnvoll sein, die Beleuchtungsoptik dazu einzurichten, die wenigstens zwei verstellbaren Ablenkelemente in Abhängigkeit einer momentanen eingestellten Brennweite der Abbildungsoptik zu verstellen. Dadurch kann also eine Brennweitenabhängigkeit der Schrägbeleuchtung realisiert werden, die zum Beispiel in der Makroskopie sinnvoll ist.
Mit anderen Worten kann somit (insbesondere mechanisch oder elektronisch) eine Kopplung zwischen der Brennweitenänderung des Abbildungssystems und einer Ablenkung des Beleuchtungslichts, die mit Hilfe der wenigstens zwei verstellbaren Ablenkelemente erzielt wird, realisiert sein. Hierbei ist es vorteilhaft, wenn die Kopplung / die Verstellung der Ablenkelemente derart eingerichtet ist, dass bei Vergrößerung der Brennweite (und damit abnehmendem Bildöffnungswinkel = „Zoom-in“) die Größe des Beleuchtungsfelds verringert wird, und zwar vorzugsweise in umgekehrtem Verhältnis, wie die Brennweite vergrößert wird.
Gemäß einer Ausführung ist vorgesehen, dass das Visualisierungssystem zwei Stereo-Optiken ausbildet, die eine Stereo-Achse definieren, und dass eine Verbindungslinie zwischen wenigstens zwei der Ablenkelemente entweder die Stereo-Achse kreuzt oder parallel und beabstandet zur Stereo-Achse verläuft oder aber koaxial zur Stereo-Achse verläuft.
Ferner kann die Beleuchtungsoptik so eingerichtet sein, dass jeweilige Beleuchtungsstrahlenbündel stets in einem schrägen Winkel in Bezug auf eine optische Achse einer Abbildungsoptik des Visualisierungssystems von den Ablenkelementen ausgehen. Dadurch können, wie bereits erwähnt wurde, Auflichtreflexe an nachfolgenden optischen Elementen vermieden werden, die die Bildgebung stören würden.
Schließlich wird zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe auch ein wie eingangs beschriebenes Verfahren zum Betrieb einer Beleuchtungsoptik vorgeschlagen. Dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei der Ablenkelemente so verstellt werden, dass von ihnen ausgehende jeweilige Beleuchtungsstrahlenbündel beim Auftreffen auf das Objektfeld einen Versatz zeigen. Dieser Versatz kann bevorzugt wenigstens ein Fünftel eines mittleren Strahldurchmessers der beiden Beleuchtungsstrahlenbündel betragen. Hierbei können jeweilige Intensitätsmaxima des jeweiligen Beleuchtungsstrahlenbündels zwei Punkte im Objektfeld ausleuchten, die mindestens um den besagten Versatz zueinander beabstandet sind.
Mit diesem Verfahren kann erreicht werden, dass eine Homogenität einer Intensitätsverteilung des Beleuchtungslichts im Objektfeld im Vergleich zu einer Intensitätsverteilung eines der Beleuchtungsstrahlenbündel erhöht wird (sodass die Verteilung geringere relative Schwankungen aufweist). Insbesondere können sich dadurch die Intensitätsmaxima im Objektfeld gerade nicht überlagern, sondern beide zu einer möglichst homogenen Ausleuchtung beitragen.
Die besagten jeweiligen Intensitätsmaxima können beispielsweise auf einem Intensitätsmaximum einer, dem jeweiligen Ablenkelement zugeordneten, Lichtquelle beruhen. Hierbei kann das jeweilige Ablenkelement insbesondere (und bevorzugt) eine gesamte Intensitätsverteilung der ihm zugeordneten Lichtquelle auf das Objektfeld lenken. Beispielsweise kann jeder der von einem Ablenkelement ausgehenden Strahlenbündel eine gaußförmige Intensitätsverteilung zeigen, die derjenigen der zugeordneten Lichtquelle entspricht.
Das Verfahren kann auch so ausgelegt werden, dass wenigstens zwei der verstellbaren Ablenkelemente zueinander symmetrische Intensitätsprofile an Beleuchtungslicht auf das Objektfeld lenken. Hierbei können die Intensitätsprofile insbesondere auf eine gemeinsame Lichtquelle zurückgehen. Durch eine solche Überlagerung der Intensitätsprofile kann eine homogenere Ausleuchtung eines Beleuchtungsfelds im Objektfeld erreicht werden.
Ferner können die wenigsten zwei verstellbaren Ablenkelemente synchron und/oder in Reaktion auf eine Anpassung einer Brennweite einer Abbildungsoptik eines zugeordneten Visualisierungssystems, insbesondere wie zuvor beschrieben, verstellt werden.
Es versteht sich, dass sich ein solches Verfahren besonders einfach mit einer erfindungsgemäß ausgestalteten Beleuchtungsoptik umsetzen lässt.
Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben, ist aber nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt. Weitere Ausbildungen der Erfindung können aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der allgemeinen Beschreibung, den Ansprüchen sowie den Zeichnungen gewonnen werden.
Bei der folgenden Beschreibung verschiedener bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung erhalten in ihrer Funktion übereinstimmende Elemente auch bei abweichender Gestaltung oder Formgebung übereinstimmende Bezugszahlen.
Es zeigt:

1 eine schematische Skizze einer erfindungsgemäßen Beleuchtungsoptik in Seitenansicht, wobei die Beleuchtungsoptik in ein Visualisierungssystem integriert ist,
2 die Beleuchtungsoptik aus 1, wobei das zweite Ablenkelement verstellt ist,
3 eine Intensitätsverteilung, die mit der Beleuchtungsoptik aus 1 erzeugbar ist, wenn der erste Strahlteiler mehr Licht durchlässt als reflektiert,
4 die Beleuchtungsoptik aus 1, wobei beide Ablenkelemente synchron und symmetrisch zueinander verstellt sind,
5 eine weitere erfindungsgemäße Beleuchtungsoptik mit drei Ablenkelementen,
6 die Beleuchtungsoptik aus 5, wobei das erste und das dritte Ablenkelement synchron verstellt sind, um die Intensität im Zentrum des ausgeleuchteten Felds anzuheben,
7 ein Blick von oben (entlang der Achse der Abbildungsoptik) auf eine erfindungsgemäße Beleuchtungsoptik mit vier Ablenkelementen und das von der Beleuchtungsoptik ausgeleuchtete Objektfeld,
8 eine weitere erfindungsgemäße Beleuchtungsoptik mit vier Ablenkelementen, die allesamt um eine Achse verschwenkbar ausgestaltet sind,
9 ein Blick von oben (entlang der Achse der Abbildungsoptik) auf eine erfindungsgemäße Beleuchtungsoptik mit vier Ablenkelementen und das von der Beleuchtungsoptik ausgeleuchtete Objektfeld, wobei zwei räumlich getrennte Lichtquellen verwendet werden,
10 eine Seitenansicht auf die Beleuchtungsoptik der 9 mit Blickrichtung entlang der x-Achse, und
11 eine Seitenansicht auf die Beleuchtungsoptik der 9 mit Blickrichtung entlang der y-Achse.

Die 1 illustriert mittels einer schematischen Skizze eine erfindungsgemäß ausgestaltete Beleuchtungsoptik 1, die zwei verstellbare Ablenkelemente 4a und 4b umfasst, sowie eine zugeordnete Lichtquelle 18, die Beleuchtungslicht 6 zur Verfügung stellt. Die Beleuchtungsoptik 1 ist in ein als Makroskop ausgestaltetes bildgebendes Visualisierungssystem 3 integriert, welches eine Abbildungsoptik 11 aufweist, die (neben weiteren Linsen und einem zugehörigen Bildsensor) die in 1 gezeigten drei Abbildungslinsen 13a, 13b und 13c umfasst.
Mittels der Beleuchtungsoptik 1 wird, wie in 1 dargestellt, das Beleuchtungslicht 6 der Lichtquelle 18 auf ein Objektfeld 2 gelenkt, um dieses auszuleuchten. Hierbei bildet das jeweilige Ablenkelement 4a, 4b einen jeweiligen Beleuchtungsstrahlengang 20a und 20b aus.
Wie die 1 zeigt, sendet dabei jedes der beiden Ablenkelemente 4a und 4b ein jeweiliges Beleuchtungsstrahlenbündel 15a und 15b aus, wobei bei der Ausgestaltung gemäß 1 die beiden Strahlenbündel 15a und 15b die drei optischen Elemente 13a, 13b und 13c der Abbildungsoptik 11 passieren. Die beiden verstellbaren Ablenkelemente 4a und 4b erzeugen somit eine Schrägbeleuchtung 7, die dadurch gekennzeichnet ist, dass Beleuchtungslichtstrahlen der beiden Strahlenbündel 15a und 15b unter einem definierten maximalen Einfallswinkel 12 auf das Objektfeld 2 fallen und damit innerhalb des Objektfelds 2 ein ausgeleuchtetes Feld, nämlich das Beleuchtungsfeld 8, definieren. Die so ausgeleuchtete Fläche 8 innerhalb des Objektfelds 2 kann mithilfe der Abbildungsoptik 11 betrachtet werden. Die in 1 nicht gezeigten Abbildungsstrahlen verlaufen dabei vom Objektfeld 2 durch die Abbildungsoptik 11 bis zu einem Bildsensor des Visualisierungssystems 3. Diese Abbildungsstrahlen verlaufen dabei zwischen den beiden Ablenkelementen 4a und 4b hindurch.
Unterhalb der schematischen Seitenansicht des Visualisierungssystems 3 samt integrierter Beleuchtungsoptik 1 ist in 1 ein Intensitätsprofil dargestellt, welches die Verteilung der Lichtintensität des Beleuchtungslichts 6 innerhalb des Objektfelds 2 entlang der in 1 verwendeten Querachse x zeigt. Wie zu erkennen ist, liefert jedes der beiden Beleuchtungsstrahlenbündel 15a und 15b einen gaußförmigen Intensitätsverlauf, wobei sich die beiden Intensitätsverläufe überlagern und somit die Gesamtintensität der Beleuchtung im Objektfeld 2 definieren.
In 1 ist das erste verstellbare Ablenkelement 4a als ein teildurchlässiger Strahlteiler 5 ausgestaltet, der 50 % des einfallenden Beleuchtungslichts 6 der Lichtquelle 18 in das Beleuchtungsstrahlenbündel 15a entsendet, während die andere Hälfte des einfallenden Beleuchtungslichts 6 das erste Ablenkelement 4a transmittiert und so zum nachfolgend angeordneten zweiten Ablenkelement 4b gelangt. Das zweite verstellbare Ablenkelement 4b ist als ein vollverspiegelter Spiegel 21 ausgestaltet, der das gesamte einfallende Beleuchtungslicht 6, welches von dem ersten Ablenkelement 4a transmittiert wird, als Beleuchtungsstrahlenbündel 15b aussendet. Mit anderen Worten ist das zweite Ablenkelement 4b somit dazu eingerichtet, Beleuchtungslicht 6 abzulenken, welches durch das erste Ablenkelement 4a transmittiert worden ist.
Wie anhand des Intensitätsverlaufs des Diagramms in 1 nachvollziehbar ist, beruhen die jeweiligen gaußförmigen Intensitätsverteilungen, die die Beleuchtungsstrahlenbündel 15a und 15b im Objektfeld 2 erzeugen, auf dem ursprünglichen gaußförmigen Intensitätsprofil der Lichtquelle 18. Ursächlich ist hierfür, dass das gesamte von der Lichtquelle 18 ausgehende Strahlenbündel (illustriert als Blockpfeil in 1) zumindest teilweise den ersten Strahlteiler 5 passiert, sodass diese geometrische Intensitätsverteilung auch auf das zweite Ablenkelement 4b trifft und von diesem auf das Objektfeld 2 gelenkt wird. Mit anderen Worten lenken die beiden verstellbaren Ablenkelemente 4a und 4b somit zueinander symmetrische Intensitätsprofile an Beleuchtungslicht 6 auf das Objektfeld 2, da diese Profile auf die gemeinsam genutzte Lichtquelle 18 zurückgehen. Wie gerade die 4 zeigt, kann durch die Überlagerung dieser Intensitätsprofile eine homogenere Ausleuchtung des Beleuchtungsfelds 8 erzeugt werden im Vergleich zu einer Beleuchtungsoptik, die nur einen einzigen Beleuchtungsstrahlengang aufweist.
Wie anhand der gekrümmten Pfeile in 1 angedeutet ist, kann jedes der beiden Ablenkelemente 4a und 4b um eine Achse verkippt werden, die der Flächennormalen der Zeichenebene in 1 entspricht. Wird beispielsweise das zweite Ablenkelement 4b derart verschwenkt, wie in 2 illustriert ist, so verlagert sich das linke Beleuchtungsstrahlenbündel 15b zur Mitte hin in Richtung der optischen Achse 14 der Abbildungsoptik 11, wie in 2 im Vergleich zu 1 zu sehen ist. Dadurch verschiebt sich auch die zugehörige Intensitätsverteilung (siehe den schwarzen Blockpfeil). In 2 ist auch gut zu erkennen, dass der Ablenkwinkel 19b, unter dem das zweite Ablenkelement 4b das einfallende Beleuchtungslicht 6 ablenkt, nicht mehr 90° beträgt wie noch in 1, sondern nun weniger als 90°. Mit anderen Worten wurde in 2 das zweite Ablenkelement 4b so verschwenkt, dass sich der Ablenkwinkel 19b verkleinert hat.
Je nach Anwendung kann eine erfindungsgemäße Beleuchtungsoptik 1 auch so ausgestaltet sein, dass beispielsweise das erste Ablenkelement 4a einen Großteil des einfallenden Beleuchtungslichts 6 transmittiert und somit weniger als 50 % des einfallenden Beleuchtungslichts 6 ablenkt. Wird beispielsweise in 1 die Transmission des ersten Ablenkelements 4a zugunsten des zweiten Ablenkelements 4b erhöht, so ergibt sich, bei der in 1 gezeigten Stellung der beiden Ablenkelemente 4a und 4b die in 3 gezeigte Intensitätsverteilung. Da das linke Beleuchtungsstrahlenbündel 15b mehr Beleuchtungsintensität zur Verfügung stellt als das rechte Beleuchtungsstrahlenbündel 15a ergibt sich die gezeigte asymmetrische Intensitätsverteilung.
Aufgrund der Tatsache, dass die beiden Ablenkelemente 4a und 4b nicht statisch, sondern verstellbar ausgestaltet sind, kann die Schrägbeleuchtung 7 somit adaptiert werden. D.h. die Größe des Beleuchtungsfelds 8 innerhalb des Objektfelds 2 kann angepasst werden, in dem die beiden Intensitätsmaxima 17a und 17b der jeweiligen Intensitätsverteilung entlang der x-Achse verschoben werden.
Aus einem anderen Blickwinkel betrachtet zeigen die 1 und 2, dass die beiden verstellbaren Ablenkelemente 4a und 4b dazu eingerichtet sind, das einfallende Beleuchtungslicht 6 der Lichtquelle 18 unter unterschiedlichsten Ablenkwinkeln 19a, 19b durch wenigstens ein optisches Element 13a der Abbildungsoptik 11 des zugehörigen bildgebenden Visualisierungssystems 3 zu lenken. Die Beleuchtungsoptik 1 stellt somit optimal angepasstes Beleuchtungslicht 6 in Schrägbeleuchtung 7 zur Ausleuchtung des Objektfelds 2 für das Visualisierungssystem 3 zur Verfügung.
Werden beispielsweise, wie in 4 illustriert, beide Ablenkelemente 4a und 4b synchron zueinander derart verstimmt, dass sich die beiden Ablenkwinkel 19a und 19b im Vergleich zu der Situation in 1 jeweils verkleinern, so nimmt die Größe des ausgeleuchteten Beleuchtungsfelds 8 innerhalb des Objektfelds 2 ab. Ursache hierfür ist, dass sich die beiden Intensitätsmaxima 17a und 17b jeweils nach innen verschoben haben, wodurch sich, wie anhand des Intensitätsverlaufs in 4 zu erkennen ist, eine homogene Ausleuchtung im Zentrum des Objektfelds 2 einstellt. Auch hier geben wieder die gepunkteten Linien im Intensitätsdiagramm die Intensität des jeweiligen Beleuchtungsstrahlenbündels 15a und 15b an, während die durchgezogene Linie den Verlauf der gesamten Beleuchtungslichtintensität im Objektfeld 2 entlang der Achse x wiedergibt.
Die beiden Ablenkelemente 4a und 4b der Beleuchtungsoptik 1 gemäß den 1 und 4 sind somit so aufeinander abgestimmt verstellbar, dass die von ihnen jeweils ausgehenden jeweiligen Beleuchtungsstrahlenbündel 15a und 15b beim Auftreffen auf das Objektfeld 2 den in den 1 und 4 illustrierten Versatz 16 zeigen, der zwar adaptiv verstellbar ist, aber stets wenigstens ein Fünftel des mittleren Strahldurchmessers der beiden Beleuchtungsstrahlenbündel 15a und 15b beträgt. Durch diese Maßgabe wird sichergestellt, dass stets innerhalb eines zentralen Bereichs des Objektfelds 2 eine homogene Ausleuchtung erzielt werden kann.
Wie man in den 1 und 4 gut erkennen kann, leuchten die jeweiligen Intensitätsmaxima 17a und 17b des jeweiligen Beleuchtungsstrahlenbündels 15a und 15b somit zwei Punkte im Objektfeld 2 aus, die um den Versatz 16 zueinander beabstandet sind. In allen möglichen Stellungen der beiden Ablenkelemente 4a und 4b verlaufen die zugehörigen Beleuchtungsstrahlenbündel 15a und 15b dabei stets in einem schrägen Winkel in Bezug auf die illustrierte optische Achse 14 des Visualisierungssystems 3. In den in 1 und 4 gezeigten Situationen ist es daher ausgeschlossen, dass Beleuchtungslicht 6 von der Abbildungsoptik 11 zum Bildsensor des Visualisierungssystems 3 zurück reflektiert wird.
Die 2 diente vornehmlich Illustrationszwecken. Denn die in den 1 und 4 gezeigte Beleuchtungsoptik 1 ist so eingerichtet, dass das erste und das zweite Ablenkelement 4a und 4b synchron verstellbar sind, und zwar derart, dass das erste und das zweite Ablenkelement 4a und 4b stets einen gleichen maximalen Einfallswinkel 12 des Beleuchtungslichts 6 im Objektfeld 2 erzeugen. Durch das synchrone Verstellen der beiden Ablenkelemente 4a und 4b kann dieser Einfallswinkel 12 jedoch adaptiv verändert werden. Beispielsweise zeigt der Vergleich der 4 und 1, dass der jeweilige maximale Einfallswinkel 12, mit dem Licht aus dem jeweiligen Beleuchtungsstrahlenbündel 15a und 15b auf das Objektfeld 2 trifft, abgenommen hat in 4 im Vergleich zu 1. Hierfür ist die Verkleinerung des zweiten Ablenkwinkels 19b verantwortlich, während der erste Ablenkwinkel 19a vergrößert wurde. Wie in 4 gezeigt, kann beispielsweise eine Strahlführung der beiden Beleuchtungsstrahlengänge 20a und 20b so gewählt sein, dass diese Strahlengänge 20a, 20b symmetrisch in Bezug auf die optische Achse 14 der Abbildungsoptik 11 des Visualisierungssystems 3 ausgerichtet ist. In dem in 4 gezeigten Beispiel gilt also, dass der erste Ablenkwinkel 19a (bei der gezeigten Wahl der jeweiligen Bezugsachsen) gerade um 90° größer ist als der zweite Ablenkwinkel 19b.
Die beiden Ablenkelemente 4a und 4b der Beleuchtungsoptik 1 der 1 und 4 sind zudem kontinuierlich verstellbar, sodass auch Zwischenzustände zwischen den in 1 und 4 gezeigten Situationen einstellbar sind. Das erste Ablenkelement 4a ist als rotativ verschwenkbarer teildurchlässiger Spiegel bzw. Strahlteiler 5 ausgestaltet. Eine hierzu gleichwertige Ausgestaltung könnte beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die Strahlablenkung mittels eines axial verschieblichen Ablenkelements 4 (beispielsweise ausgestaltet als axial verschieblicher Strahlteiler 5 in Kombination mit einem Prisma) erzielt wird. Entscheidend ist lediglich, dass die gewünschte Strahlablenkung des Beleuchtungslichts 6 ermöglicht wird.
Bei dem in 4 gezeigten System werden die beiden Ablenkelemente 4a und 4b mittels einer elektronischen Regelung synchron zueinander verstellt. Denkbar wäre aber etwa auch, die Synchronität der Verstellbewegung mittels einer mechanischen Kopplung zu erzielen. Die letzte Variante hat nämlich den Vorteil, dass dann nur ein einziger Aktuator verwendet werden muss.
Die 5 zeigt ein weiteres erfindungsgemäßes Visualisierungssystem 3, dass eine erfindungsgemäße Beleuchtungsoptik 1 aufweist, die drei Ablenkelemente 4a, 4b und 4c umfasst. Hierbei sind die Ablenkelemente 4a und 4c als Strahlteiler 5 ausgelegt, während das Ablenkelement 4b als Spiegel 21 ausgestaltet ist. Bei dem Beispiel der 5 sind nur die beiden Ablenkelemente 4a und 4b verstellbar ausgestaltet, während das dritte Ablenkelement 4c statisch ist, wobei dies nicht zwingend erforderlich ist. Ist das mittlere Ablenkelement 4c statisch, dient es vornehmlich der bestmöglichen Ausleuchtung des Zentrums des Objektfelds 2. Wird das mittlere Ablenkelement hingegen verstellbar ausgestaltet, kann dieses auch beispielsweise Randbereiche des Objektfelds 2 ausleuchten.
Wie anhand der drei jeweiligen Beleuchtungsstrahlengänge 20a, 20b und 20c zu erkennen ist, lenken auch hier alle drei Ablenkelemente 4a, 4b und 4c Beleuchtungslicht 6 einer Lichtquelle auf das Objektfeld 2. Auch hier ist (mit Blick auf 4) vorstellbar, dass durch Verschwenken der beiden Ablenkelemente 4a und 4b die in 5 gezeigte Intensitätsverteilung innerhalb des Objektfelds 2 adaptiv anpassbar ist. Dies ist etwa in 6 illustriert, wo die beiden äußeren Intensitätsmaxima 17a und 17b im Vergleich zur Situation der 5 nach innen in Richtung auf das Zentrum des Objektfelds 2 und damit auf die optische Achse 14 der Abbildungsoptik 11 verschoben sind.
Wie die 7 illustriert, kann eine erfindungsgemäße Beleuchtungsoptik 1 auch mehr als zwei verstellbare Ablenkelemente 4 aufweisen, beispielsweise vier Ablenkelemente 4a, 4b, 4c und 4d. Die vier Ablenkelemente sind dabei auf einem Ring angeordnet und senden jeweils das Beleuchtungslicht 6, welches von einer einzigen Lichtquelle 18 zur Verfügung gestellt wird, zur Mitte hin auf das Objektfeld 2, welches in der Ansicht der 7 von oben mit einem zugehörigen Visualisierungssystems 3 beobachtet werden kann. Hierbei können wie gezeigt auch statische zusätzliche Umlenkspiegel 21 zum Einsatz kommen. Während das letzte Ablenkelement 4d das gesamte einfallende Beleuchtungslicht 6 auf das Objektfeld 2 leitet, sind die drei ersten Ablenkelemente 4a, 4b und 4c jeweils als teildurchlässige Strahlteiler 5 ausgestaltet, sodass jeweils ein Teil des einfallenden Beleuchtungslichts 6 transmittiert und somit zum nachfolgenden Ablenkelement 4 weitergeleitet wird.
Die 8 zeigt schließlich ein Beispiel mit insgesamt vier verstellbaren Ablenkelementen, wobei die beiden inneren Ablenkelemente 4b und 4c erneut als Spiegel 21 ausgestaltet sind und somit das gesamte einfallende Beleuchtungslicht 6 zum Objektfeld 2 lenken, während die jeweils äußeren Ablenkelemente 4a und 4d als teildurchlässige Strahlteiler 5 ausgestaltet sind. Im Unterschied zu den vorherigen Beispielen sind bei der Beleuchtungsoptik 1 der 8 zwei räumlich getrennte Lichtquellen 18a und 18b vorgesehen, die jeweils Beleuchtungslicht 6a und 6b zur Verfügung stellen. Auch bei einer solchen Ausgestaltung ist es aber möglich, beispielsweise eine einzige physikalische Lichtquelle 18 zu verwenden, die Licht in eine Lichtleiterstruktur einspeist, die Lichtaustrittsflächen zur Verfügung stellt, die als die gezeigten Lichtquellen 18a und 18b fungieren können. Eine solche Bauweise bietet sich etwa an, wenn aus Platzgründen die physikalische Lichtquelle beabstandet zu den Ablenkelementen 4 angeordnet werden soll. Auch bei dem Beispiel der 8 ist einfach vorstellbar, dass durch Ablenken der jeweiligen Ablenkelemente 4a bis 4d und damit Anpassen des jeweiligen Ablenkwinkels 19 die Intensitätsmaxima 17 im Objektfeld 2 so verschoben werden können, dass eine gewünschte homogene Intensitätsverteilung innerhalb eines zu beobachtenden Beleuchtungsfelds 8 erzielt werden kann. Diesen Ansatz kann man also „adaptive light steering“ verstehen.
Die 9 zeigt eine weitere Draufsicht (in z-Richtung entlang der optischen Achse einer nicht gezeigten Abbildungsoptik) auf eine erfindungsgemäße Beleuchtungsoptik 1 die zwei Lichtquellen 18a und 18b verwendet, deren Intensität individuell regelbar ist. Erneut werden jeweils zwei Ablenkelemente 4a und 4b bzw. 4c und 4d pro Lichtquelle 18a/18b verwendet, wobei sich die jeweiligen Beleuchtungsstrahlengänge 20 kreuzen und das Objektfeld 2 somit aus vier Himmelsrichtungen schräg beleuchtet werden kann. Hierbei breitet sich das Licht der Lichtquelle 18b entlang der y-Richtung aus und trifft auf die beiden Ablenkelemente 4c und 4d, während das Licht Lichtquelle 18a sich entlang der x-Achse ausbreitet und auf die Ablenkelemente 4a, 4b trifft.
Diese Situation ist auch nochmals in jeweiligen Seitenansichten in 10 (Blick auf die yz-Ebene) und 11 (Blick auf die xz-Ebene) gezeigt. Hierbei ist der jeweilige Schnitt auf der x- bzw. y-Achse gelegt (Vgl. 9), sodass die in Blickrichtung vorgelagerten Ablenkelemente (z.B. das Ablenkelement 4a in 10) nicht gezeigt sind, da diese an der Lichtumlenkung nicht beteiligt sind (so lenkt etwa das Ablenkelement 4a nur Licht der Lichtquelle 18a um, nicht jedoch das Licht der Lichtquelle 18b).
Wie die gepunkteten und gestrichelten Intensitätsverläufe in den unteren beiden Intensitätsdiagrammen der 10 und 11 zeigen, können sich die im jeweiligen Beleuchtungsstrahlengang angeordneten Ablenkelemente 4 in Ihrer jeweiligen Reflektivität beziehungsweise im jeweiligen Transmissionsvermögen unterscheiden, woraus sich unterschiedliche Intensitätsverläufe ergeben können. Zudem kann die Intensität der jeweiligen Lichtquelle 18a, 18b angepasst werden, um den jeweiligen Intensitätsverlauf zu skalieren.
Wie zu erkennen ist, kann durch geeignete Wahl der Transmissionseigenschaften der beiden ersten Ablenkelemente 4a bzw. 4c der Intensitätsverlauf im Objektfeld 2 angepasst werden. In beiden Fällen der 10 und 11 kann zudem durch jeweils adaptive Verstellung des ersten und letzten Ablenkelements (zum Beispiel von 4a und 4b im Falle der 11) die Größe des ausgeleuchteten Beleuchtungsfelds 8 innerhalb des Objektfelds 2 angepasst werden. Neben einer unterschiedlichen Transmission der Ablenkelemente 4 können auch beispielsweise die Lichtquellen unterschiedlich gewählt sein in Bezug auf wenigsten einen Parameter (etwa Lichtspektrum, Intensität, Intensitätsprofil etc.).
In der Situation der 10 wurde dabei die Lichtquelle 18a, die Licht entlang der x-Achse (d.h. in Blickrichtung der der 10) aussendet, etwas herunter geregelt, sodass sich ein vergleichsweise kleiner Intensitätsverlauf ergibt, der durch die gestrichelte Linie illustriert ist. Dieser gestrichelte Intensitätsverlauf wird dabei durch die beiden (nicht in 10 illustrierten) Umlenkelemente 4a und 4b erzeugt (vgl. 9). Die beiden gepunkteten Linien im Diagramm der 10 illustrieren hingegen den jeweiligen Intensitätsverlauf, den die Ablenkelemente 4c und 4d durch Umlenkung des Lichts der Lichtquelle 18b im Objektfeld 2 erzeugen. Die Gesamtintensität, die sich durch Überlagerung dieser drei Intensitätsverläufe im Objektfeld 2 ergibt, ist durch die durchgezogene Linie im Diagramm der 10 illustriert.
In der Situation der 11 wurde die Lichtquelle 18b im Vergleich zur Lichtquelle 18a etwas herunter geregelt, sodass sich ein vergleichsweise kleiner Intensitätsverlauf der gepunkteten Linie ergibt, welche illustriert, wie viel Lichtintensität die beiden Umlenkelemente 4c und 4d in Summe auf das Objektfeld 2 werfen. Die beiden gestrichelten Linien im Diagramm der 11 illustrieren hingegen nun den jeweiligen Intensitätsverlauf, den die Ablenkelemente 4a und 4b durch Umlenkung des Lichts der Lichtquelle 18a im Objektfeld 2 erzeugen. Die Gesamtintensität, die sich durch Überlagerung dieser drei Intensitätsverläufe im Objektfeld 2 ergibt, ist erneut durch eine durchgezogene Linie illustriert. Der Anteil der Lichtintensität, den die beiden Ablenkelemente 4c und 4d erzeugen (gepunktete Linie im Diagramm der 11) ist erkennbar für das Maximum des Gesamtintensitätsverlaufs (durchgezogene Kurve) im Zentrum (x=0, y=0) des Objektfelds 2 verantwortlich. Hierbei kann auch der Abstand zwischen den einzelnen Ablenkelementen (etwa zwischen 4c und 4d, oder zwischen 4a und 4b) unterschiedlich gewählt sein, um weitere Freiheitsgrade zu gewinnen.
Wie der Vergleich der Diagramme der 10 und 11 zeigt, können somit durch Auslenken der Ablenkelemente 4a, 4b, 4c, 4d sowie Anpassung der jeweiligen Intensität der Lichtquellen 18a und 18b qualitativ sehr unterschiedliche Beleuchtungslichtintensitätsverläufe in der Objektebene 2 erzeugt werden, im Sinne eines „adaptive light steering“. Hierbei sei darauf hingewiesen, dass insbesondere der relative Abfall der Intensität am Rand des Objektfelds 2 als auch die Schwankung der Lichtintensität innerhalb des Objektfelds 2 durch derartige Anpassungen einstellbar ist.
Bislang noch nicht diskutiert aber anhand der Figuren einfach vorstellbar ist zudem, dass die etwa in den 1 und 4 gezeigte adaptive Anpassung der Schrägbeleuchtung 7 insbesondere (elektronisch geregelt) in Reaktion auf eine Anpassung einer Brennweite der Abbildungsoptik 11 des zugeordneten Visualisierungssystems 3 geschehen kann. Bietet das Visualisierungssystem 3 beispielsweise einen optischen Zoom und wird gerade in das Objektfeld 2 hinein gezoomt, sodass der beobachtbare Bereich verkleinert wird, so kann entsprechend die Schrägbeleuchtung 7 in Richtung der 4 so angepasst werden, dass sich das ausgeleuchtete Beleuchtungsfeld 8 entsprechend ebenfalls verkleinert. Selbstverständlich ist auch eine entsprechende Regelung in umgekehrter Reihenfolge denkbar und sinnvoll. Durch eine solches Vorgehen wird das Beleuchtungslicht 6 effizient genutzt; insbesondere kann ein unerwünschter Lichteintrag in Bereiche des Objektfelds vermieden werden, die gar nicht beobachtbar sind, was gerade in medizinischen Anwendungen oftmals erforderlich ist.
Zusammenfassend wird zur Verbesserung der Homogenität einer zu Beobachtungszwecken eingesetzten Schrägbeleuchtung 7 eine Beleuchtungsoptik 1 vorgeschlagen, die sich dadurch auszeichnet, dass wenigstens zwei Ablenkelemente 4a, 4b vorgesehen sind, die sich ein gemeinsames Intensitätsprofil von Beleuchtungslicht 6 teilen und dieses gemeinsame Intensitätsprofil, je nach Verstellung, in unterschiedlichen Ablenkwinkeln 19a und 19b auf ein zugeordnetes Objektfeld 2 lenken, um so die Größe eines ausgeleuchteten Beleuchtungsfelds 8 anzupassen. Eine solche Beleuchtungsoptik 1 lässt sich gewinnbringend zusammen mit üblichen Visualisierungssystemen 3 wie etwa Mikroskopen oder Makroskopen einsetzen, insbesondere in medizinischen Anwendungen.
Bezugszeichenliste

1: Beleuchtungsoptik
2: Objektfeld
3: Bildgebendes Visualisierungssystem
4: Ablenkelement
5: Strahlteiler
6: Beleuchtungslicht
7: Schrägbeleuchtung
8: Beleuchtungsfeld (innerhalb von 2; ausgeleuchtet mit 7)
9: Abbildungsstrahlengang (von 3)
10: Abbildungsstrahlen (von 9)
11: Abbildungsoptik (von 3)
12: Einfallswinkel (von 6 auf 2)
13: Optische Elemente (insbesondere Linsen; von 11)
14: Optische Achse (von 11)
15: Beleuchtungsstrahlenbündel (ausgehend von 4)
16: Versatz (von 15 in 2)
17: Intensitätsmaxima (von 15)
18: Lichtquelle
19: Ablenkwinkel
20: Beleuchtungsstrahlengang
21: Spiegel

Claims

Beleuchtungsoptik (1) zum adaptiven Ausleuchten eines Objektfelds (2) in Schrägbeleuchtung (7), insbesondere integriert in ein bildgebendes Visualisierungssystem (3), - mit wenigstens zwei verstellbaren Ablenkelementen (4a, 4b) zur Erzeugung der adaptiven Schrägbeleuchtung (7), dadurch gekennzeichnet, - dass ein erstes verstellbares Ablenkelement (4a) der wenigstens zwei verstellbaren Ablenkelemente (4a, 4b) teildurchlässig, insbesondere als ein teildurchlässiger Strahlteiler (5), ausgestaltet ist, - und dass ein zweites verstellbares Ablenkelement (4b) der wenigstens zwei verstellbaren Ablenkelemente (4a, 4b) zum Ablenken von Beleuchtungslicht (6) eingerichtet ist, welches durch das erste Ablenkelement (4a) transmittiert wurde.
Beleuchtungsoptik (1), insbesondere gemäß Anspruch 1 und/oder integriert in ein bildgebendes Visualisierungssystem (3), - zum adaptiven Ausleuchten eines Objektfelds (2) in Schrägbeleuchtung (7), - mit wenigstens zwei verstellbaren Ablenkelementen (4a, 4b) zur Erzeugung der adaptiven Schrägbeleuchtung (7), dadurch gekennzeichnet, - dass die verstellbaren Ablenkelemente (4a, 4b) dazu eingerichtet sind, Beleuchtungslicht (6) unter unterschiedlichen Ablenkwinkeln (19a, 19b) durch wenigstens ein optisches Element (13) einer Abbildungsoptik (11) eines zugehörigen bildgebenden Visualisierungssystems (3) zu lenken, für das die Beleuchtungsoptik (1) das Beleuchtungslicht (6) zur Verfügung stellt.
Beleuchtungsoptik (1), insbesondere gemäß Anspruch 1 oder 2, zum adaptiven Ausleuchten eines Objektfelds (2) in Schrägbeleuchtung (7), insbesondere integriert in ein bildgebendes Visualisierungssystem (3), - mit wenigstens zwei verstellbaren Ablenkelementen (4a, 4b) zur Erzeugung der adaptiven Schrägbeleuchtung (7), dadurch gekennzeichnet, - dass wenigstens zwei der Ablenkelemente (4a, 4b) so aufeinander abgestimmt verstellbar sind, dass von ihnen ausgehende jeweilige Beleuchtungsstrahlenbündel (15a, 15b) beim Auftreffen auf das Objektfeld (2) einen Versatz (16) zeigen, der wenigstens ein Fünftel eines mittleren Strahldurchmessers der beiden Beleuchtungsstrahlenbündel (15a, 15b) beträgt, - insbesondere sodass jeweilige Intensitätsmaxima (17a, 17b) des jeweiligen Beleuchtungsstrahlenbündels (15a, 15b) zwei Punkte im Objektfeld (2) ausleuchten, die mindestens um den Versatz (16) zueinander beabstandet sind.
Beleuchtungsoptik (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Beleuchtungsoptik (1) in ein bildgebendes Visualisierungssystem (3) integriert ist, welches eine optische Achse (14) definiert, - vorzugsweise wobei in jeder benutzen Stellung der Ablenkelemente (4a, 4b) zugehörige Beleuchtungsstrahlenbündel (15a, 15b) stets in einem schrägen Winkel in Bezug auf die optische Achse (14) des Visualisierungssystems (3) von dem jeweiligen Ablenkelement (4a, 4b) ausgehen.
Beleuchtungsoptik (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste und das zweite Ablenkelement (4a, 4b) synchron verstellbar sind, - insbesondere sodass das erste und das zweite Ablenkelement (4a, 4b) stets einen gleichen, jedoch adaptiv einstellbaren, Einfallswinkel (12) des Beleuchtungslichts (6) im Objektfeld (2) erzeugen.
Beleuchtungsoptik (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die wenigstens zwei Ablenkelemente (4a, 4b) kontinuierlich verstellbar sind, - insbesondere sodass ein zugehöriges Beleuchtungsstrahlenbündel (15a, 15b) unter unterschiedlichen Ablenkwinkeln (19a, 19b) von dem jeweiligen Ablenkelement (4a, 4b) ausgehen kann.
Beleuchtungsoptik (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Ablenkelement (4a) als - rotativ verschwenkbarer teildurchlässiger Spiegel oder - als axial verschiebliches Ablenkelement (4), insbesondere als axial verschieblicher Strahlteiler (5) in Kombination mit einem Prisma, ausgestaltet ist, insbesondere um so jeweils eine gewünschte Strahlablenkung des Beleuchtungslichts (6) der Schrägbeleuchtung (7) zu ermöglichen.
Beleuchtungsoptik (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei wenigstens zwei der Ablenkelemente (4a, 4b), insbesondere mechanisch und/oder elektronisch, so miteinander gekoppelt sind, dass diese aufeinander abgestimmt, vorzugsweise synchron, aktuierbar sind, - vorzugsweise mittels eines gemeinsamen Aktuators.
Bildgebendes Visualisierungssystem (3), beispielsweise ausgestaltet als ein Mikroskop oder Makroskop und/oder ausgestaltet zum stereoskopischen Abbilden von Objekten, mit einer Beleuchtungsoptik (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.
Bildgebendes Visualisierungssystem (3) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei das Visualisierungssystem (3) ein optisches Zoom bietet, - bevorzugt wobei die Beleuchtungsoptik (1) dazu eingerichtet ist, in Abhängigkeit eines momentan im Visualisierungssystem (3) eingestellten optischen Zooms eine Größe eines mit der Schrägbeleuchtung (7) ausgeleuchteten Beleuchtungsfelds (8) innerhalb des Objektfelds (2) anzupassen.
Visualisierungssystem (3) gemäß einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ablenkelemente (4a, 4b) der Beleuchtungsoptik (1), die die Schrägbeleuchtung (7) realisieren, außerhalb eines Abbildungsstrahlengangs (9) des Visualisierungssystems (3) angeordnet sind, - insbesondere derart, dass keine Abbildungsstrahlen (10) durch die wenigstens zwei verstellbaren Ablenkelemente (4a, 4b) der Beleuchtungsoptik (1) verlaufen.
Visualisierungssystem (3) gemäß einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei das die Schrägbeleuchtung (7) ausbildende Beleuchtungslicht (6) mittels der wenigstens zwei Ablenkelemente (4a, 4b) getrennt von beziehungsweise außerhalb einer Abbildungsoptik (11) des Visualisierungssystems (3) auf das Objektfeld (2) geführt ist, - vorzugsweise sodass keinerlei Beleuchtungslicht (6) durch optische Elemente (13) der Abbildungsoptik (11) geleitet wird bevor das Beleuchtungslicht (6) auf das Objektfeld (2) trifft.
Visualisierungssystem (3) gemäß einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei das die Schrägbeleuchtung (7) ausbildende Beleuchtungslicht (6) mittels der wenigstens zwei Ablenkelemente (4a, 4b) zumindest teilweise durch wenigstens ein optisches Element (13) einer Abbildungsoptik (11) des Visualisierungssystems (3) auf das Objektfeld (2) geführt ist, - insbesondere um so die Homogenität der Ausleuchtung des Objektfelds (2) zu verbessern, - vorzugsweise wobei das auf das Objektfeld (2) einfallende Beleuchtungslicht (6) stets in schrägem Winkel in Bezug auf eine optische Achse (14) der Abbildungsoptik (11) auf die optischen Elemente (13) trifft.
Visualisierungssystem (3) gemäß einem der Ansprüche 9 bis 13, wobei das Visualisierungssystem (3) eine, insbesondere die, Abbildungsoptik (11) aufweist mit durchstimmbarer Brennweite, insbesondere um einen, insbesondere den, optischen Zoom zu realisieren, und - wobei die Beleuchtungsoptik (1) dazu eingerichtet ist, die wenigstens zwei verstellbaren Ablenkelemente (4a, 4b) in Abhängigkeit einer momentanen eingestellten Brennweite der Abbildungsoptik (11) zu verstellen, - insbesondere um so eine Brennweitenabhängigkeit der Schrägbeleuchtung (7) zu realisieren.
Visualisierungssystem (3) gemäß einem der Ansprüche 9 bis 14, wobei das Visualisierungssystem (3) zwei Stereo-Optiken ausbildet, die eine Stereo-Achse definieren und wobei eine Verbindungslinie zwischen wenigstens zwei der Ablenkelemente (4a, 4b) - die Stereo-Achse kreuzt oder - parallel und beabstandet zur Stereo-Achse verläuft oder - koaxial zur Stereo-Achse verläuft.
Visualisierungssystem (3) gemäß einem der Ansprüche 9 bis 15, wobei die Beleuchtungsoptik (1) so eingerichtet ist, dass jeweilige Beleuchtungsstrahlenbündel (15a, 15b) stets in einem schrägen Winkel in Bezug auf eine optische Achse (14) einer Abbildungsoptik (11) des Visualisierungssystems (3) von den Ablenkelementen (4a, 4b) ausgehen, - insbesondere um so Auflichtreflexe an nachfolgenden optischen Elementen (13) zu vermeiden, die die Bildgebung stören würden.
Verfahren zum Betrieb einer Beleuchtungsoptik (1), insbesondere ausgestaltet gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8, - wobei wenigsten zwei verstellbare Ablenkelemente (4a, 4b) der Beleuchtungsoptik (1) verstellt werden, um einen Einfallswinkel (12) von Beleuchtungslicht (6) einer Schrägbeleuchtung (7) in Bezug auf ein Objektfeld (2) anzupassen, dadurch gekennzeichnet, - dass wenigstens zwei der Ablenkelemente (4a, 4b) so verstellt werden, dass von ihnen ausgehende jeweilige Beleuchtungsstrahlenbündel (15a, 15b) beim Auftreffen auf das Objektfeld (2) einen Versatz (16) zeigen, der wenigstens ein Fünftel eines mittleren Strahldurchmessers der beiden Beleuchtungsstrahlenbündel (15a, 15b) beträgt, - insbesondere wobei jeweilige Intensitätsmaxima (17a, 17b) des jeweiligen Beleuchtungsstrahlenbündels (15a, 15b) zwei Punkte im Objektfeld (2) ausleuchten, die mindestens um den Versatz (16) zueinander beabstandet sind.
Verfahren gemäß dem vorhergehenden Anspruch, gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Intensitätsmaxima auf einem Intensitätsmaximum einer, dem jeweiligen Ablenkelement (4a, 4b) zugeordneten, Lichtquelle (18a, 18b) beruhen, - insbesondere wobei das jeweilige Ablenkelement (4a, 4b) eine gesamte Intensitätsverteilung der ihm zugeordneten Lichtquelle (18a, 18b) auf das Objektfeld (2) lenkt.
Verfahren gemäß einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei wenigstens zwei der verstellbaren Ablenkelemente (4a, 4b) zueinander symmetrische Intensitätsprofile an Beleuchtungslicht (6) auf das Objektfeld (2) lenken, insbesondere wobei die Intensitätsprofile auf eine gemeinsame Lichtquelle (18) zurückgehen, - vorzugsweise sodass durch die Überlagerung der Intensitätsprofile eine homogenere Ausleuchtung eines Beleuchtungsfelds (8) im Objektfeld (2) erreicht wird und/oder - wobei die wenigsten zwei verstellbaren Ablenkelemente (4a, 4b) synchron und/oder in Reaktion auf eine Anpassung einer Brennweite einer Abbildungsoptik (11) eines zugeordneten Visualisierungssystems (3), insbesondere gemäß einem der Ansprüche 9-16, verstellt werden.