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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bildaufnahmevorrichtung, die ein Aufnahmeobjekt aufnimmt, das einen Fluoreszenzstoff enthält, und die Aufnahme anzeigt, und betrifft insbesondere eine Bildaufnahmevorrichtung, die eine Fokusabweichung von einfallendem sichtbarem Licht (R/G/B) und IR-Licht korrigieren und auch dessen Intensität korrigieren kann.
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Allgemeiner Stand der Technik
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Aus dem Stand der Technik sind eine Bildaufnahmevorrichtung, die ein 4-Farben-Teilungsprisma verwendet, und ein Bildaufnahmesystem, das auf einem Endoskop beruht, bekannt. Diese verwenden Teilungsprismen, die durch eine Linse einfallendes Licht in die Komponenten R/G/B und eine IR-Komponente teilen können.
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Beispielsweise ist in Patentdokument 1 ein Endoskop offenbart, umfassend ein 4-Farben-Teilungsprisma mit einem Blau-Teilungsprisma, einem Rot-Teilungsprisma und einem Grün-Teilungsprisma, die Licht von einem Behandlungsabschnitt in eine Blaukomponente, eine Rotkomponente und eine Grünkomponente teilen, und einem IR-Teilungsprisma, das eine IR-Komponente von dem Licht des Behandlungsabschnitt abteilt, einen Blau-Bildsensor, der im Blau-Teilungsprisma installiert ist und die abgeteilte Blaukomponente in ein elektrisches Signal umwandelt, einen Rot-Bildsensor, der im Rot-Teilungsprisma installiert ist und die abgeteilte Rotkomponente in ein elektrisches Signal umwandelt, einen Grün-Bildsensor, der im Grün-Teilungsprisma installiert ist und die abgeteilte Grünkomponente in ein elektrisches Signal umwandelt, einen IR-Bildsensor, der im IR-Teilungsprisma installiert ist und die abgeteilte IR-Komponente in ein elektrisches Signal umwandelt, und einen Signalausgabeabschnitt, der ein RGB-Signal und ein IR-Signal der umgewandelten elektrischen Signale ausgibt, wobei das IR-Teilungsprisma bezüglich des vom Behandlungsabschnitt einfallenden Lichts näher als das Blau-Teilungsprisma, das Rot-Teilungsprisma und das Grün-Teilungsprisma auf der Aufnahmeobjektseite angeordnet ist und Licht mit der Blaukomponente, der Rotkomponente und der Grünkomponente durchlässt.
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In Patentdokument 2 ist eine Bildaufnahmevorrichtung offenbart, umfassend ein Farbteilungsprisma mit einer dichroitischen Schicht, die Licht, das in den Wellenlängenbereich des sichtbaren Lichts fällt, und Licht, das in den Fluoreszenzwellenlängenbereich fällt, voneinander trennt, ein Bildaufnahmeelement zur Fluoreszenzabbildung, das dem Farbteilungsprisma nachgeordnet ist und Licht im Fluoreszenzwellenlängenbereich, das durch die dichroitische Schicht abgeteilt wurde, abbildet, ein Bildaufnahmeelement zur Abbildung von sichtbarem Licht, das dem Farbteilungsprisma nachgeordnet ist und Licht im Wellenlängenbereich des sichtbaren Lichts, das durch die dichroitische Schicht abgeteilt wurde, abbildet, und ein Bandpassfilter, das zwischen dem Farbteilungsprisma und dem Bildaufnahmeelement zur Fluoreszenzabbildung angeordnet ist und eine Lichteinfallebene vertikal zur optischen Achse aufweist, wobei das Bildaufnahmeelement zur Fluoreszenzabbildung und das Bildaufnahmeelement zur Abbildung von sichtbarem Licht derart angeordnet sind, dass eine optische Pfaddifferenz zwischen einer optischen Pfadlänge eines optischen Pfads von Fluoreszenz, welche durch das Farbteilungsprisma tritt und durch das Bildaufnahmeelement zur Fluoreszenzabbildung abgebildet wird, und einer optischen Pfadlänge eines optischen Pfad des sichtbaren Lichts, welches durch das Farbteilungsprisma tritt und durch das Bildaufnahmeelement zur Abbildung von sichtbarem Licht abgebildet wird, einem Abweichungsmaß zwischen einer Fluoreszenzabbildungsposition und einer Abbildungsposition des sichtbaren Lichts entspricht, das durch eine Abbildungslinse erzeugt wird, die dem Farbteilungsprisma vorgeordnet ist.
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Bei dieser Bildaufnahmevorrichtung sind das Bildaufnahmeelement zur Fluoreszenzabbildung und das Bildaufnahmeelement zur Abbildung von sichtbarem Licht jeweils fest entsprechend der Abweichung der optischen Pfadlänge angeordnet und verwenden eine Struktur, mit welcher ihre Entfernung veränderbar ist, und passen eine Fokusabweichung zwischen RGB des Wellenlängenbereichs des sichtbaren Lichts und IR des Fluoreszenzwellenlängenbereichs an.
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Dokumente des Stands der Technik
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Patentdokumente
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- Patentdokument 1: Japanische Patentauslegeschrift Nr. 6025130
- Patentdokument 2: Japanische ungeprüfte Patentanmeldung Nr. 2017-53890
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Kurzdarstellung der Erfindung
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung
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Allerdings ist bei der in Patentdokument 1 offenbarten Technik zwar die Verwendung von Indocyaningrün (im Folgenden ICG) vorgesehen, das ein Fluoreszenzstoff ist, doch erfolgt keine Erörterung der Strahlteilungskurve. Die Wellenlänge von Anregungslicht wie ICG beträgt 750 nm bis 810 nm, doch da eine Kurve in einer Figur der Technik der vorliegenden Offenbarung auch unterhalb von 800 nm Empfindlichkeit zeigt, besteht die Gefahr eines Einstreuens der RGB-Komponente und damit einer Beeinträchtigung des zusammengesetzten Bildes usw.
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Da ferner der Fokuspunkt von RGB und IR in der Regel unterschiedlich ist, kommt es zu einer Fokusabweichung, und im Falle der in Patentdokument 1 offenbarten Technik bei jeder Sensorverbindung muss daher zum Verbinden mit dem verwendeten Linsensystem die Fokusposition geändert werden, wodurch sich eine komplizierte Struktur ergibt. Die bei einer solchen Technik bedeutsame Erhöhung der IR-Empfindlichkeit erfolgt ausschließlich durch Addieren mit Umgebungsbildpunkten, weshalb es schwierig sein dürfte, die gewünschte Empfindlichkeit zu erlangen.
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Wie oben beschrieben, sind bei der in Patentdokument 2 offenbarten Technik das Bildaufnahmeelement zur Fluoreszenzabbildung und das Bildaufnahmeelement zur Abbildung von sichtbarem Licht gemäß der Fokusabweichung von RGB und IR jeweils entsprechend der Abweichung der optischen Pfadlänge fixiert oder weisen eine Struktur auf, mit der ihre Entfernung veränderbar ist, weshalb die Struktur letztlich kompliziert ist.
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Der vorliegenden Erfindung liegt als Aufgabe zugrunde, zur Lösung der genannten Probleme eine Bildaufnahmevorrichtung bereitzustellen, mit der das Einstreuen von Anregungslicht wie ICG in RGB verhindert, die Fokusabweichung zwischen sichtbarem Licht und IR-Licht korrigiert und auch die Intensität des sichtbaren Lichts und des IR-Lichts korrigiert werden kann.
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Mittel zum Lösen der Aufgabe
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Bildaufnahmevorrichtung bereitgestellt, umfassend einen Bestrahlungsabschnitt, der ein Aufnahmeobjekt, welches einen Fluoreszenzstoff enthält, mit Anregungslicht zum Anregen des Fluoreszenzstoffs und mit Licht zum Beleuchten des Aufnahmeobjekts bestrahlt, eine 4-Farben-Teilungseinrichtung, die einfallendes Licht vom Aufnahmeobjekt, das in eine montierte Linse einfällt, jeweils in eine R-Komponente/G-Komponente/B-Komponente und eine IR-Komponente aufteilt, einen Bildsensor, der das durch die 4-Farben-Teilungseinrichtung aufgeteilte einfallende Licht aufnimmt und jeweils einer optoelektrischen Umwandlung unterzieht, einen Bildsignalausgabeabschnitt, der aus dem elektrischen Signal, das durch die optoelektrische Umwandlung mittels des Bildsensors erlangt wird, ein Bildsignal erzeugt und ausgibt, eine Bildanzeigeeinrichtung, die auf Grundlage des vom Bildsignalausgabeabschnitt ausgegebenen Bildsignals ein Bild anzeigt, ein Bandpassfilter, das zwischen der Linse und der 4-Farben-Teilungseinrichtung angeordnet ist und Licht in der Nähe des Wellenlängenbereichs des Anregungslichts durchlässt, und ein Korrekturfilter, das zwischen dem Bandpassfilter und der Linse angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Korrekturfilter einen kreisförmigen Blockungsbereich für sichtbares Licht, der sichtbares Licht im einfallenden Licht blockiert, und einen kreisförmigen IR-Blockungsbereich in der Mittelpunktposition des Blockungsbereichs für sichtbares Licht aufweist, der IR-Licht im einfallenden Licht blockiert, wobei an einer Fläche des IR-Blockungsbereichs, die dem Bandpassfilter zugewandt ist, ein Dummy-Glas von festgelegter Dicke vorgesehen ist, das die gleiche Kreisform wie der IR-Blockungsbereich aufweist.
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Indem gemäß der vorliegenden Erfindung das Korrekturfilter an der Blendenposition des Optiksystems (Linse, Mikroskopadapter) angeordnet ist, in dem die Bildaufnahmevorrichtung angebracht ist, kann mittels Blendenwirkung auf der Seite des sichtbaren Lichts die Schärfentiefe erhöht werden, und durch die IR-Blockierung auf der Seite des sichtbaren Lichts und das Dickenmaß des Dummy-Glases kann die Fokusabweichung zwischen dem sichtbaren Licht und dem IR-Licht korrigiert werden. Auch wird aufgrund der Blendenwirkung auf der Seite des sichtbaren Lichts die Intensität des sichtbaren Lichts verringert, wodurch die Intensität des sichtbaren Lichts und des IR-Lichts, die in das Optiksystem dringen, auf ein geeignetes Maß korrigiert werden kann.
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Vorzugsweise ist das Dummy-Glas an dem Korrekturfilter in einer Dicke vorgesehen, die dem IR-Licht entspricht.
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Figurenliste
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Es zeigen:
- 1(a) eine Seitenansicht und 1(b) eine Vorderansicht der Struktur eines Korrekturfilters in einem Ausführungsbeispiel einer Bildaufnahmevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
- 2 eine schematische Ansicht des Aufbaus der Bildaufnahmevorrichtung des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
- 3 ein Kurvendiagramm einer Strahlteilungskurve eines 4-Farben-Teilungsprismas;
- 4 ein Kurvendiagramm einer Kurve eines optischen Bandpassfilters; und
- 5 ein Kurvendiagramm einer Strahlteilungskurve (kombinierte Strahlteilungskurve) in einem Zustand der Kombination des 4-Farben-Teilungsprismas und des optischen Bandpassfilters.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung
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Unter Bezugnahme auf die Figuren wird ein Ausführungsbeispiel einer Bildaufnahmevorrichtung der vorliegenden Erfindung beschrieben. 1(a) und 1(b) zeigen jeweils eine Seitenansicht bzw. eine Vorderansicht der Struktur eines Korrekturfilters in dem Ausführungsbeispiel der Bildaufnahmevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung und 2 zeigt eine schematische Ansicht des Aufbaus der Bildaufnahmevorrichtung des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
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Bezugszeichen 10 bezeichnet eine Bildaufnahmevorrichtung, Bezugszeichen 12 eine Bestrahlungsabschnitt, Bezugszeichen 14 eine Linse, Bezugszeichen 16 eine 4-Farben-Teilungseinrichtung, Bezugszeichen 18 einen Bildsensor, Bezugszeichen 20 einen Bildsignalausgabeabschnitt, Bezugszeichen 22 eine Bildanzeigeeinrichtung, Bezugszeichen 24 ein Bandpassfilter, Bezugszeichen 26 ein Korrekturfilter, Bezugszeichen 28 einen IR-Blockungsbereich, Bezugszeichen 30 einen Blockungsbereich für sichtbares Licht und Bezugszeichen 32 ein Dummy-Glas.
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Wie in 2 gezeigt, umfasst die Bildaufnahmevorrichtung 10 des vorliegenden Ausführungsbeispiels den Bestrahlungsabschnitt 12, der ein Aufnahmeobjekt, welches einen Fluoreszenzstoff enthält, mit Anregungslicht zum Anregen des Fluoreszenzstoffs und mit Licht zum Beleuchten des Aufnahmeobjekts bestrahlt, und die 4-Farben-Teilungseinrichtung 16, die einfallendes Licht vom Aufnahmeobjekt, das in eine montierte Linse 14 einfällt, jeweils in eine R-Komponente/G-Komponente/B-Komponente und eine IR-Komponente aufteilt.
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Außerdem umfasst sie den Bildsensor 18, der das durch die 4-Farben-Teilungseinrichtung 16 aufgeteilte einfallende Licht aufnimmt und jeweils einer optoelektrischen Umwandlung unterzieht, den Bildsignalausgabeabschnitt 20, der aus dem elektrischen Signal, das durch die optoelektrische Umwandlung mittels des Bildsensors 18 erlangt wird, ein Bildsignal erzeugt und ausgibt, die Bildanzeigeeinrichtung 22, die auf Grundlage des vom Bildsignalausgabeabschnitt 20 ausgegebenen Bildsignals ein Bild anzeigt, das Bandpassfilter 24, das zwischen der Linse 14 und der 4-Farben-Teilungseinrichtung 16 angeordnet ist und kein Licht in der Nähe des Wellenlängenbereichs des Anregungslichts durchlässt, und das Korrekturfilter 26, das zwischen dem Bandpassfilter 24 und der Linse 14 angeordnet ist.
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In dem Ausführungsbeispiel weist das Korrekturfilter 26 den kreisförmigen Blockungsbereich 30 für sichtbares Licht, der sichtbares Licht im einfallenden Licht blockiert, und den kreisförmigen IR-Blockungsbereich 28 in der Mittelpunktposition des Blockungsbereichs 30 für sichtbares Licht auf, der IR-Licht im einfallenden Licht blockiert, wobei an einer Fläche des IR-Blockungsbereichs 28, die dem Bandpassfilter 24 zugewandt ist, das Dummy-Glas 32 festgelegter Dicke vorgesehen ist, das die gleiche Kreisform wie der IR-Blockungsbereich 28 aufweist.
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Als Nächstes wird das Ausführungsbeispiel der Bildaufnahmevorrichtung der vorliegenden Erfindung ausführlich beschrieben. In einem chirurgischen Eingriff, bei dem eine Bildaufnahmevorrichtung mit einem Endoskop und dergleichen verwendet wird, wird eine Technik benutzt, wobei ein Fluoreszenzstoff, beispielsweise ICG (Indocyaningrün) in den Körper gespritzt wird, ein Behandlungsabschnitt, an dem sich ICG ansammelt, mit Nahinfrarotstrahlen bestrahlt wird, und eine Aufnahme einer Stelle erstellt wird, die den Behandlungsabschnitt enthält.
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Wenn eine Abbildung des Behandlungsabschnitts erlangt wird, indem IR-Licht enthaltendes Licht durch eine Bildaufnahmevorrichtung aufgenommen wird, bei der der Bildsensor eine Einzelplatte ist, muss die Lichteinfallfläche des Bildsensors viergeteilt sein, um ein R/G/B- und ein IR-Filter bereitzustellen, wodurch die Größe des Bildsensors zunimmt und eine Benutzung für eine Bildaufnahmevorrichtung mit Endoskop und dergleichen schwierig ist.
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Indem im vorliegenden Ausführungsbeispiel die 4-Farben-Teilungseinrichtung 16, die einfallendes Licht vom Aufnahmeobjekt, das in die montierte Linse 14 einfällt, jeweils in eine R-Komponente/G-Komponente/B-Komponente und eine IR-Komponente aufteilt, kann die Größe des Bildsensors eingeschränkt werden und eine insgesamt kompakte Struktur erzielt werden, sodass eine Anwendung auf eine Bildaufnahmevorrichtung mit Endoskop und dergleichen möglich ist.
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Bei Bestrahlung mit Weißlicht und Aufnahme durch eine Bildaufnahmevorrichtung mit Mikroskop ist zwar eine Fluoreszenzaufnahme in der Aufnahme enthalten, doch da das Hintergrundlicht Weißlicht ist (welches Anregungslicht enthält), tritt der Kontrast der Fluoreszenzaufnahme in keiner Weise hervor. Indem ausschließlich Anregungslicht als Beleuchtungslicht benutzt wird und auf der Anregungslichtseite und der Farbfilterseite der Aufnahme ein optimales Kantenfilter bereitgestellt wird, ist bei gleichartiger Aufnahme der Kontrast der Fluoreszenzaufnahme im Vergleich zu Weißlicht ausgezeichnet.
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Um eine Fluoreszenzaufnahme hoher Qualität mit hohem Kontrast zu erlangen, muss das Hintergrundlicht des Anregungslichts blockiert werden. Daher sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel zwischen der Linse 14 und der 4-Farben-Teilungseinrichtung 16 mehrere Bandpassfilter 24 mit einer Transmission angeordnet, die kein Licht in der Nähe des Wellenlängenbereichs des Anregungslichts durchlässt.
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Indem also ein Bandpassfilter verwendet wird, das wie die in 4 gezeigte Bandpassfilterkurve eine äußerst geringe Transmission für den Wellenlängenbereich des Anregungslichts aufweist, kann das Hintergrundlicht des Anregungslichts blockiert werden. Durch dieses Bandpassfilter 24 kann die Strahlteilungskurve des in 3 gezeigten 4-Farben-Teilungsprismas die in 5 gezeigte Strahlteilungskurve (4-Farben-Teilungsprisma + Bandpassfilter) erhalten. Das Bandpassfilter 24 ist austauschbar, sodass allein durch Auswechseln des Filters mehrere Fluoreszenzansichten ermöglicht werden.
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Bei einem Fluoreszenzmikroskop ist die Struktur derart, dass je nach verwendeter Fluoreszenzfarbe ein Modul eingesetzt wird, welches einen Satz aus Anregungslicht und Farbfilter bildet, wobei für den Fall, dass die Bildaufnahmevorrichtung eine Kamera oder dergleichen ist und das Auswechseln eines Vierplattenprismas schwierig ist, je nach verwendeter Fluoreszenzfarbe und Fluoreszenzsonde eine gemeinsame Flankensteilheit für das Anregungslicht und das Aufnahmefarbfilter angewandt wird, was die Änderung der Kurve am optischen Filter erleichtert.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Korrekturfilter 26 zwischen dem Bandpassfilter 24 und der Linse 14 angeordnet. Wie in 1(b) gezeigt, weist das Korrekturfilter 26 den Blockungsbereich 30 für sichtbares Licht, der das sichtbare Licht im einfallenden Licht blockiert, und den kreisförmigen IR-Blockungsbereich 28 auf, der in der Mittelpunktposition des Blockungsbereichs 30 für sichtbares Licht angeordnet ist und IR-Licht im einfallenden Licht blockiert.
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Wenn vom Bestrahlungsabschnitt 12 abgestrahltes sichtbares Licht vom Aufnahmeobjekt durch die Linse 14 der Bildaufnahmevorrichtung 10 einfällt, kommt es aufgrund der Blende des IR-Blockungsbereichs 28 zu einer Blendenwirkung auf der Seite des sichtbaren Lichts, sodass durch diese Ausgestaltung die Schärfentiefe erhöht werden kann.
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Wie in 1 (a) gezeigt, ist an einer Fläche des IR-Blockungsbereichs 28, die dem Bandpassfilter 24 zugewandt ist, das Dummy-Glas 32 festgelegter Dicke vorgesehen, das die gleiche Kreisform wie der IR-Blockungsbereich 28 aufweist. Durch das Dummy-Glas 32 wird die Fokusposition des sichtbaren Lichts verschoben, wodurch die Fokusposition des sichtbaren Lichts und des IR-Lichts aneinander angepasst werden.
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Aufgrund dieser Struktur kann die Fokusposition des sichtbaren Lichts und des IR-Lichts auch ohne komplizierte Anlagen und Strukturen korrigiert werden. Am Korrekturfilter 26 kann gezielt ein Dummy-Glas 32 von einer Dicke ausgewählt werden, die dem IR-Licht (seiner Wellenlänge) entspricht. Auf diese Weise kann für IR-Licht von jedem Fluoreszenzstoff die Fokusabweichung vom sichtbaren Licht korrigiert werden.
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Gewerbliche Anwendung
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Die Bildaufnahmevorrichtung der vorliegenden Erfindung kann ohne eine komplizierte Struktur das Einstreuen von Anregungslicht wie ICG in RGB verhindern, die Fokusabweichung zwischen sichtbarem Licht und IR-Licht korrigieren und auch die Intensität des sichtbaren Lichts und des IR-Lichts korrigieren.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Bildaufnahmevorrichtung
- 12
- Bestrahlungsabschnitt
- 14
- Linse
- 16
- 4-Farben-Teilungseinrichtung
- 18
- Bildsensor
- 20
- Bildsignalausgabeabschnitt
- 22
- Bildanzeigeeinrichtung
- 24
- Bandpassfilter
- 26
- Korrekturfilter
- 28
- IR-Blockungsbereich
- 30
- Blockungsbereich für sichtbares Licht
- 32
- Dummy-Glas
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 6025130 [0005]
- JP 201753890 [0005]
