DE19755392C2 - Abbildendes optisches System - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein abbildendes optisches System, insbesondere zur Verwendung in der medizinischen Bildverarbeitung, beispielsweise auf dem Gebiet der Hautkrebserken­ nung.

Die Erfindung betrifft ein abbildendes optisches System mit einer Einstellvorrichtung zum Einstellen von Bildweite und Gegenstandsweite eines abbildenden Systems, umfassend eine erste Halterungseinrichtung, an der ein Objektiv befestigbar ist, eine zweite Halte­ rungseinrichtung, an der eine Bildaufnahmeeinrichtung befestigbar ist, wobei die erste Hal­ terungseinrichtung und die zweite Halterungseinrichtung in der Einstellvorrichtung axial ausgerichtet sind, und wobei die erste Halterungseinrichtung relativ zur zweiten Halte­ rungseinrichtung verschiebbar vorgesehen ist. Weiterhin umfasst das abbildende optische System ein Objektiv und eine Bildaufnahmeeinrichtung.

Einstellvorrichtungen sind im Bereich der medizinischen Bildverarbeitung unter der Be­ zeichnung Balgengeräte bekannt. Ein Balgengerät umfaßt eine Schiene, auf der eine erste Halterungseinrichtung, an der ein Objektiv befestigbar ist, sowie eine zweite Halterungsein­ richtung, an der eine Kamera befestigbar ist, angeordnet sind. Für derartige Balgengeräte werden in der Regel Fixfokusobjektive verwendet.

Während die zweite Halterungseinrichtung auf der Schiene unbewegbar angeordnet ist, läßt sich die erste Halteeinrichtung gegenüber der zweiten Halteeinrichtung mittels einer Betätigungseinrichtung verschieben. Der Balgen mit daran befestigtem Objektiv und Kame­ ra, also das abbildende System, kann auf einem Schlitten angeordnet werden, so daß der Abstand des abbildenden Systems zu dem abzubildenden Objekt und dadurch die Vergrö­ ßerung, mit der das Objekt fotografiert wird, verändert werden können.

Ein Nachteil einer derartigen Einstellvorrichtung ist es allerdings, daß zuerst die Entfernung zum Erhalt einer bestimmten Vergrößerung eingestellt werden und anschließend das opti­ sche System fokussiert werden muß.

Ein weiterer Nachteil einer derartigen Einstellvorrichtung ist es, daß durch Einstellung der Vergrößerung und anschließendes Fokussieren, durch das Bildweite und Gegenstands­ weite wieder etwas verändert werden, die eingestellte Vergrößerung etwas von der vorbe­ stimmten Vergrößerung abweicht. Eine exakte Vergrößerung ist allerdings gerade im Be­ reich der medizinischen Bildverarbeitung, insbesondere wenn, wie im Bereich der Haut­ krebserkennung Objektabmessungen aus den aufgenommenen Bildern rekonstruiert wer­ den sollen, unbedingt erforderlich. Demnach muß, damit eine exakte Vergrößerung erhal­ ten wird, das abbildende optische System in mehreren Schritten, die durch abwechselndes Einstellen der Vergrößerung und Fokussieren des Systems bestimmt sind, justiert werden.

Darüber hinaus erfordert auch eine Fokussierung im sogenannten Nahbereich von etwa 0,5-facher bis 50-facher Vergrößerung eine beträchtliche Zeit, sowie Fingerspitzengefühl der die Einrichtung bedienenden Person, da in diesem Bereich die Tiefenschärfe im mm- bzw. Submm-Bereich liegt.

Insgesamt ist also das Einstellen einer exakten Vergrößerung und das Fokussieren bei ei­ ner Einstellvorrichtung gemäß dem Stand der Technik ein mehrstufiger und zeitaufwendiger Prozeß.

In der JP-A-08 340 474 zeigt ein abbildendes optisches System in Form eines Sucher ge­ zeigt, in welchem eine Linse und ein CCD-Element entlang der optischen Achse dieses Systems verschiebbar angeordnet sind. Die Verschiebung des CCD-Elements und der Lin­ se sind hierbei zur Fokussierung gekoppelt.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist es, ein abbildendes optisches System mit einer Einstellvorrichtung zu schaffen, durch die ein exaktes Einstellen der Vergrößerung und ein Fokussieren in einem Schritt durchgeführt werden kann und hierdurch Bilder von Objekten mit exakt vorbestimmter Vergrößerung aufgenommen werden können, aus denen Objektabmessungen genau rekonstruiert und miteinander verglichen werden können.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine abbildendes optisches System mit den in Anspruch 1 genannten Merkmalen.

Durch die Kopplung der ersten Halterungseinrichtung an die zweite Halterungseinrichtung kann sichergestellt werden, daß durch einen einzigen Schritt, nämlich durch Verschiebung einer der Halterungseinrichtungen, eine Einstellung der exakten Vergrößerung sowie eine dieser Vergrößerung entsprechenden Fokussierung durchgeführt werden.

Die Verschiebung der ersten Halterungseinrichtung und der durch die Kopplung bedingten Verschiebung der zweiten Halterungseinrichtung ist in Abhängigkeit einer von außen ein­ gebbaren Steuergröße, in Form der Vergrößerung, die durch das einzustellende abbilden­ de System realisierbar ist, korreliert.

Durch diese Maßnahme ist es möglich, eine gewünschte Vergrößerung von außen einzu­ geben, welche die erste und zweite Halterungseinrichtung so steuert, daß zum einen die gewünschte Vergrößerung eingestellt wird und zum anderen das abbildende optische Sy­ stem entsprechend dieser Vergrößerung fokussiert wird.

Vorteilhafterweise kann die Kopplung der ersten und der zweiten Halterungseinrichtung in Form einer mechanischen Kopplung ausgebildet sein. Diese ermöglicht einen weitgehend wartungsfreien Einsatz der Einrichtung. Darüber hinaus wird die Vorrichtung durch eine mechanische Kopplung sehr robust und störunanfällig.

In einer Ausbildung umfaßt die mechanische Kopplung einen Kodierzylinder, der mit wenig­ stens einer ersten Kodiernut und wenigstens einer zweiten Kodiernut versehen ist, wenig­ stens einen ersten Kodierstift, der an der ersten Halterungseinrichtung angeordnet ist, wo­ bei jeder erste Kodierstift mit einer ersten Kodiernut im Eingriff steht, und wenigstens einen zweiten Kodierstift, der an der zweiten Halterungseinrichtung angeordnet ist, wobei jeder zweite Kodierstift mit einer zweiten Kodiernut im Eingriff steht.

Gemäß dieser vorteilhaften Ausbildung kann die mechanische Einrichtung relativ kompakt und kostengünstig realisiert werden.

Die ersten und zweiten Kodiernute können hierbei in Form kontinuierlicher Steuerkurven vorgesehen werden. In diesem Fall können alle Vergrößerungen, die durch ein bestimmtes abbildendes System realisierbar sind, kontinuierlich eingestellt werden.

Alternativ können jede erste und jede zweite Kodiernut in Form einer sich im wesentlichen in Längsrichtung erstreckenden kontinuierlichen Nut mit wenigstens zwei sich von dieser Nut im wesentlichen senkrecht erstreckenden Nuten vorgesehen werden.

Durch diese alternative Weiterbildung besteht die Möglichkeit bestimmte Standardvergrö­ ßerungen sicher durch Einrasten in den sich im wesentlichen senkrecht erstreckenden Nu­ ten einzustellen.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung kann die erste Halterungseinrichtung mittels einer Führungseinrichtung verschiebbar in der zweiten Halterungseinrichtung ge­ haltert sein.

Vorzugsweise kann hierzu die Führungseinrichtung wenigstens eine Führungsnut, die in der zweiten Halterungseinrichtung vorgesehen ist, und wenigstens einen Führungsstift, der an der ersten Halterungseinrichtung angeordnet ist, aufweisen, wobei jeder Führungsstift mit einer Führungsnut im Eingriff steht. Insbesondere kann dann vorzugsweise jeder Füh­ rungsstift einstückig mit einem ersten Kodierstift der ersten Halterungseinrichtung ausgebil­ det werden.

Durch diese Weiterbildungen kann die Einstellvorrichtung besonders kompakt und daher leicht handhabbar ausgebildet werden. Dies ist insbesondere von Vorteil, wenn Aufnahmen von schlecht zugänglichen Stellen gemacht werden sollen.

Darüber hinaus kann bei einer Halterung der ersten Halterungseinrichtung in der zweiten Halterungseinrichtung eine weitere Führungseinrichtung vorgesehen werden, die beispiels­ weise wenigstens eine Führungsstange, die an einer Halterungseinrichtung angeordnet ist, und jeweils eine jeder Führungsstange entsprechende Lagereinrichtung, die an der ande­ ren Halterungseinrichtung vorgesehen ist, aufweist.

Durch die zusätzliche Führungseinrichtung können Halterung und Führung der ersten Hal­ terungseinrichtung in der zweiten Halterungseinrichtung stabiler und damit funktionsicherer ausgebildet werden.

Vorzugsweise kann die Einstellvorrichtung wenigstens eine Federeinrichtung zur Vorspan­ nung der ersten Halterungseinrichtung gegenüber der zweiten Halterungseinrichtung um­ fassen. Mit dieser Maßnahme ist sichergestellt, daß die Einstellvorrichtung im nicht eingera­ steten Zustand in eine Anfangsposition zurückgekehrt.

Bevorzugt und alternativ kann die mechanische Kopplung durch einen ersten Schnecken­ gang zum Verschieben der ersten Halterungseinrichtung, einen zweiten Schneckengang zum Verschieben der zweiten Halterungseinrichtung, wobei der erste Schneckengang und der zweite Schneckengang miteinander gekoppelt sind, ausgebildet sein.

Hierdurch läßt sich ebenfalls eine sehr kompakte Ausgestaltung der Einstellvorrichtung rea­ lisieren.

Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung kann die Kopplung der ersten Halte­ rungseinrichtung und der zweiten Halterungseinrichtung in Form einer elektromechani­ schen Kopplung realisiert werden, beispielsweise mittels eines ersten Elektromotors zur Steuerung der Verschiebung der ersten Halterungseinrichtung, eines zweiten Elektromotors zur Steuerung der Verschiebung der zweiten Halterungseinrichtung und einer Steuerein­ richtung zur Steuerung des zweiten Elektromotors in Abhängigkeit von der Steuerung des ersten Elektromotors steuert.

Durch eine derartige Steuerung, die beispielsweise durch einen µ-Prozessor durchgeführt werden kann, ist es auf einfache Weise möglich, eine hohe Flexibilität dahingehend zu er­ reichen, daß mit verschiedenen Objektiven verschiedene Vergrößerungsbereiche realisiert werden können.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kann die Einstellvorrichtung eine Objektabstands­ haltereinrichtung aufweisen, derart, daß ein abzubildendes Objekt in konstantem Abstand vor der Einstellvorrichtung angeordnet werden kann.

Hierdurch ist eine besonders einfache Bedienung der Einstellvorrichtung, beispielsweise beim Einsatz im Gebiet der Hautkrebserkennung möglich, da die Vorrichtung einfach auf das abzubildende Objekt aufgesetzt werden kann und somit eine Verstärkungseinstellung für die Abbildung des Objekts und eine Fokussierung auf dieses Objekt durchgeführt wer­ den kann.

In diesem Zusammenhang besteht eine vorteilhafte Weiterbildung darin, eine Beleuch­ tungseinrichtung an der einem abzubildenden Objekt zuzuwendenden Seite der Einstellvor­ richtung vorzusehen. Durch diese vorteilhafte Weiterbildung ist ein vom Umgebungslicht unabhängiges Aufnehmen der Bilder möglich. Demnach kann die Einstellvorrichtung direkt auf die zu beobachtende Struktur aufgesetzt werden, wodurch ein geringere Gegenstands­ weite und somit eine stärkere Vergrößerung erzielt werden kann.

Gemäß einer Weiterbildung kann das Objektiv als Festbrennweitenobjektiv, besonders be­ vorzugt als Fixfokusobjektiv, vorgesehen werden.

Durch beide Maßnahmen ist es möglich das Objektiv, da es nur auf seine wesentlichen, zum Einsatz in dem abbildenden optischen System erforderlichen Bestandteile beschränkt ist, relativ einfach zu korrigieren. Demnach kann durch vergleichsweise geringen Aufwand ein hochqualitatives Objektiv geschaffen werden, das die Qualität der aufgenommenen Bil­ der erhöht.

Vorteilhafterweise ist die Bildaufnahmeeinrichtung in Form einer photoelektrische Bildauf­ nahmeeinrichtung, insbesondere in Form einer CCD-Einrichtung und hierbei vorzugsweise in Form einer 3CCD-Einrichtung vorgesehen.

Durch eine derartige Einrichtung kann das durch das optische System abgebildete Bild ei­ nes Objekts direkt in elektrische Signale konvertiert werden, die sich anschließend in eine Bildverarbeitungseinrichtung zur Bearbeitung und/oder Analyse eingegeben werden kön­ nen. Insbesondere können mit einer 3CCD-Einrichtung Abbildungen von Objekten im RGB- Farbsystem aufgenommen werden.

Alternativ kann je nach Bedarf als Aufnahmeeinrichtung auch eine herkömmliche fotografi­ sche Aufnahmeeinrichtung eingesetzt werden.

Vorzugsweise kann die Aufnahmeeinrichtung weiterhin eine Anzeigeeinrichtung in Form eines Monitors, eines Schirms oder dergleichen umfassen.

Anstelle einer Aufnahmeeinrichtung kann auch ein Okular vorgesehen werden.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden beispielhaf­ ten Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Schnittansicht einer ersten Ausführungsform der vorlie­ genden Erfindung;

Fig. 2A-2E Graphen der Bildweite, der Gegenstandsweite und des Abstands der Ge­ genstandsebene von der Bildebene in Abhängigkeit von der Vergrößerung für verschiedene Objektivbrennweiten;

Fig. 3 eine schematische Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform der vorlie­ genden Erfindung;

Fig. 4 eine schematische Explosionsansicht einer dritten Ausführungsform der vor­ liegenden Erfindung;

Fig. 5 eine schematische Ansicht einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 6 eine schematische Ansicht einer zweiten Halterungseinrichtung und eines Kodierzylinders gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Er­ findung.

In Fig. 1 ist eine erste Ausführungsform eines abbildenden optischen Systems 100, das eine Einstellvorrichtung zum Einstellen von Bildweite b und Gegenstandsweite g gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt.

Diese Ausführungsform umfaßt eine erste Halterungseinrichtung 110, an der ein Objektiv 115 entweder fest oder abnehmbar angebracht ist.

Das Objektiv 115 ist als Einzellinsenobjektiv dargestellt. Es ist allerdings selbstverständlich, daß auch mehrlinsige Objektive verwendet werden können. Letztere sind insbesondere erforderlich, wenn eine hohe Qualität der Aufnahmen, also im Bereich der medizinischen Bildverarbeitung insbesondere eine verzeichnungsfreie Abbildung, erzielt werden soll.

Da erfindungsgemäß eine Fokussierung über eine Verschiebung des Objektivs gegenüber dem abzubildenden Objekt bewirkt wird, lassen sich zweckmäßigerweise Fixfokusobjektive, also Objektive, die keine Einrichtung zur Veränderung des Fokus aufweisen, verwenden. Ein Fixfokusobjektiv ermöglicht es insbesondere, eine Korrektur, die mit der Korrektur eines herkömmlichen Objektivs vergleichbar ist, mit vergleichsweise geringeren Mitteln zu reali­ sieren. Obwohl ein Fixfokusobjektiv aus diesem Grund vorzuziehen ist, können selbstver­ ständlich auch herkömmliche Objektive verwendet werden.

Neben der ersten Halterungseinrichtung umfaßt die Einstellvorrichtung weiterhin eine zweite Halterungseinrichtung 120, an der eine Aufnahmeinrichtung 125 entweder fest oder abnehmbar angebracht ist.

Als Aufnahmeeinrichtung können je nach Verwendungszweck des abbildenden Systems eine photoelektrische Aufnahmeeinrichtung, welche das abgebildete Bild eines Objekts in elektrische Signale konvertiert, oder eine fotografische Aufnahmeeinrichtung, mit der ein Film belichtbar ist, eingesetzt werden.

In einer weiteren Alternative kann statt der Aufnahmeeinrichtung auch ein herkömmliches Okular eingesetzt werden.

Eine photoelektrische Aufnahmeeinrichtung hat insbesondere den Vorteil, daß das Bild be­ reits in elektronischer Form vorliegt und somit entweder zur Ansicht auf einem Monitor dar­ gestellt werden kann, oder zur Bildverarbeitung und Analyse direkt in einen Computer ge­ geben werden kann.

Die erste Halterungseinrichtung 110 und die zweite Halterungseinrichtung 120 sind in ei­ nem Gehäuse 105 in Längsrichtung verschiebbar angeordnet, wie dies durch die Pfeile R und Q angedeutet ist. Darüber hinaus sind beide Halterungseinrichtungen miteinander durch ein Kopplungseinrichtung 130 gekoppelt.

Die Kopplungseinrichtung 130 koppelt zum einen die Bewegung der zweiten Halteeinrich­ tung 120 auf eine definierte Art und Weise an die Bewegung der ersten Halterungseinrich­ tung 110. Zum anderen kann durch die Kopplungseinrichtung von außen eine Steuergröße vorgegeben werden, entsprechend der die Verschiebungen der ersten und zweiten Halte­ rungseinrichtung durchgeführt werden.

In Bezug auf die Einstellvorrichtung bedeutet dies, daß sich die Halterungseinrichtungen gemäß einer vordefinierten Beziehung verhalten, die untenstehend im Zusammenhang mit Fig. 2A bis Fig. 2E noch diskutiert wird.

In Bezug auf das abbildende optische System ist die Kopplung derart ausgebildet, daß eine Verschiebung einer Halteeinrichtung eine die Fokussierung des abbildenden optischen Sy­ stems erhaltende Verschiebung der anderen Halteeinrichtung bewirkt, oder anders ausge­ drückt, daß sich Gegenstandsweite und Bildweite über die Linsengleichung aneinander ge­ koppelt sind.

Da insbesondere auf dem Gebiet der medizinischen Bildverarbeitung oftmals die exakte Größe der Objektabmessungen aus Abbildungen rekonstruiert werden sollen, ist es zweckmäßig als Steuergröße einen Parameter zu verwenden, der mit der Größe der Abbil­ dung korreliert ist. Hierzu eignet sich beispielsweise die optische Vergrößerung, die als Quotient aus Bildweite und Gegenstandsweite definiert ist.

In Fig. 2A bis Fig. 2E sind die Zusammenhänge zwischen den Verschiebungen der ersten und der zweiten Halterungseinrichtung in Abhängigkeit von dem Steuerparameter m, der optischen Vergrößerung, dargestellt.

Die einzelnen Figuren stellen beispielhaft die Zusammenhänge für ausgewählte Brennwei­ ten verschiedener Objektive dar; insbesondere sind in Fig. 2A bis Fig. 2E die Bildweite b, die Gegenstandsweite g und der Abstand x zwischen Gegenstandsebene G und der Bilde­ bene B für Objektive mit den Brennweiten 8 mm, 16 mm, 18 mm, 25 mm bzw. 50 mm darge­ stellt. In Fig. 2A bis Fig. 2E sind außerdem die Zusammenhänge zwischen der optischen Vergrößerung und der Bildweite b, der Gegenstandsweite g und dem Abstand x zwischen Gegenstandsebene G und der Bildebene B in Formeln angegeben.

Für eine gegebene Brennweite befindet sich ein abbildendes System demnach im Fokus, wenn für eine gegebene Vergrößerung m die erste und zweite Halterungseinrichtungen gemäß den in den Kurven angegebenen Abständen, also die erste Halterungseinrichtung gemäß g und die zweite Halterungseinrichtung gemäß x, jeweils bezogen auf die Gegen­ standsebene G eingestellt sind.

Als Kopplungseinrichtung 130 lassen sich sowohl rein mechanische als auch elektrome­ chanische Kopplungseinrichtungen einsetzen.

Eine rein mechanische Kopplungseinrichtung kann beispielsweise durch miteinander ge­ koppelte Schneckengänge realisiert werden, die durch eine Einrichtung gemeinsam betätigt werden können und dadurch zu einer entsprechenden Verschiebung der beiden Halte­ rungseinrichtungen führen. Die Schneckengänge werden hierbei derart ausgebildet, daß für eine gegebene Brennweite und eine von außen eingestellte Vergrößerung die Bildweite b, die Gegenstandsweite g und der Abstand zwischen Gegenstandsebene G und der Bilde­ bene B, die sich aus den Kurven der Fig. 2A bis Fig. 2E oder aus den Kurven entsprechen­ der Diagramme für andere Brennweiten ergeben, erfüllt sind. Da es im Rahmen des Fach­ wissens eines Durchschnittsfachmanns liegt, wie Schneckengänge, die eine erwünschte Verschiebung bewirken sollen, auszubilden sind, kann vorliegend auf eine diesbezügliche Beschreibung verzichtet werden.

Weiter untenstehend werden noch andere Ausführungsformen mechanischer Kopplungs­ einrichtungen im Detail beschrieben, die sich insbesondere dadurch auszeichnen, daß sie sehr einfach sind und deshalb sehr kostengünstig realisiert werden können.

In einer elektromechanischen Ausführung der Kopplungseinrichtung 130 sind für die erste und die zweite Halterungseinrichtung 110 bzw. 120 jeweils eine Antriebseinrichtung, bei­ spielsweise ein Motor, vorgesehen. Diese beiden Motoren sind über eine gemeinsame Steuerung gekoppelt, die durch Ansteuern der beiden Motoren mit entsprechenden Signa­ len zu den voneinander abhängigen Verschiebungen der ersten und der zweiten Halte­ rungseinrichtung führen. Vorzugsweise wird die Steuerung durch einen µ-Prozessor reali­ siert. Die Programmierung erfolgt hierbei gemäß der in Fig. 2A bis 2E dargestellten Kurven oder gegebenenfalls entsprechender Kurven für andere Brennweiten.

Während die rein mechanische Kopplungseinrichtung wesentlich robuster, also störunan­ fälliger, sind und darüber hinaus weitgehend wartungsfrei arbeiten, haben elektromechani­ sche Einrichtungen den Vorteil einer höheren Flexibilität.

Eine mechanische Kopplungseinrichtung kann beispielsweise nur für eine einzige Brenn­ weite ausgelegt werden, da die Kopplungsfunktion zwischen erster und zweiter Halte­ rungseinrichtung, wie im Zusammenhang mit Fig. 2A bis Fig. 2E erläutert, brennweitenab­ hängig ist.

Demgegenüber kann eine elektromechanischen Steuerung so programmiert werden, daß in Abhängigkeit von der Brennweite ein vorbestimmtes Steuerprogramm aufgerufen wird. Anders ausgedrückt, kann eine elektromechanische Steuerung sehr einfach an eine Brennweitenänderung angepaßt werden. Demnach lassen sich bei einer elektromechani­ schen Steuerung verschiedene Objektive einsetzen, wodurch verschiedene Vergröße­ rungsbereiche nutzbar sind.

In Fig. 3 ist eine zweite Ausführungsform eines abbildenden optischen Systems gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Dieses System unterscheidet sich von dem in Fig. 1 gezeigten dadurch, daß zusätzlich eine Objektabstandshaltereinrichtung 160 und eine Be­ leuchtungseinrichtung 170 vorgesehen sind.

Um Wiederholungen zu vermeiden, werden im folgenden lediglich diese beiden unter­ schiedlichen Merkmale vorgestellt und in bezug die verbleibenden Komponenten wird ledig­ lich auf die Beschreibung im Zusammenhang mit Fig. 1 und Fig. 2A bis Fig. 2E verwiesen.

Durch die Objektabstandshaltereinrichtung ist das Objektfeld, auf das die Einrichtung fo­ kussiert ist, immer genau definiert. Demnach kann eine Einstellung einer genau einzuhal­ tenden Entfernung zwischen Objekt und Einstellvorrichtung vermieden werden. Dies er­ leichtert weiterhin die Bedienbarkeit des abbildenden optischen Systems.

Die Objektabstandshaltereinrichtung 160 ist hier einstückig mit dem Gehäuse 105 der Ein­ stellvorrichtung ausgebildet. In der Ausführung gemäß Fig. 3 liegt die Objektebene dem­ nach direkt vor dem Gehäuse.

Dies hat zum einen den Vorteil, daß die Einstellvorrichtung und das abbildende optische System relativ kompakt bleibt, und zum anderen die Gegenstandsweite g so klein wie mög­ lich wird, was, wie aus Fig. 2A bis Fig. 2E ersichtlich, eine maximale optische Vergrößerung m bewirkt.

In dieser Ausführung ist es allerdings erforderlich, daß eine Beleuchtungseinrichtung 170 vorgesehen wird, da das abzubildende Objekt völlig von der Abstandshaltereinrichtung 160 und dem sich daran anschließenden Gehäuse 105 umgeben ist.

Die Beleuchtungseinrichtung kann hier in Form einzelner im wesentlichen punktförmiger Lichtquellen, die derart angeordnet sind, daß sie zu einer entsprechenden Ausleuchtung des Objektfelds O führen. So können beispielsweise vier derartige Lichtquellen gleichmäßig an der zylinderförmigen Innenseite des Gehäuses 105 angeordnet werden. Alternativ kann selbstverständlich auch eine ringförmige Lichtquelle eingesetzt werden.

Im Gebrauch kann diese Ausführungsform des abbildenden optischen Systems, beispiels­ weise im Fall der Hautkrebserkennung, direkt auf die Haut aufgesetzt werden.

Obwohl in dieser Ausführungsform beschrieben, ist es nicht erforderlich, daß die Abstands­ haltereinrichtung einstückig mit dem Gehäuse ausgebildet ist oder daß die Bildebene ge­ nau vor dem Gehäuse liegt.

Es kann demnach auch eine Abstandshaltereinrichtung eingesetzt werden, die einen be­ stimmten Abstand zwischen dem Gehäuse 105 und der Gegenstandsebene G definiert. Falls die Abstandshaltereinrichtung so ausgebildet ist, daß genug Licht durch sie hindurch tritt, kann auch von einer Beleuchtungseinrichtung 170 abgesehen werden.

Weiterhin ist es auch offensichtlich, daß die Beleuchtungseinrichtung 170 unabhängig von der Abstandshaltereinrichtung eingesetzt werden kann, beispielsweise kann lediglich eine Beleuchtungseinrichtung 170 vorgesehen werden, wenn mit schlechten Beleuchtungsver­ hältnissen zu rechnen ist.

In Fig. 4 und Fig. 5 ist eine dritte Ausführungsform 200 eines abbildenden optischen Sy­ stems, in dem eine erfindungsgemäße Einstellvorrichtung eingesetzt ist, in Explosionsdar­ stellung bzw. zusammengesetztem Zustand gezeigt.

Die dritte Ausführungsform umfaßt eine erste Halterungseinrichtung 210, eine zweite Halte­ rungseinrichtung 220 und eine Kopplungseinrichtung in Form eines Kodierzylinders 230.

An der ersten Halterungseinrichtung 210 ist ein Objektiv befestigt. Weiterhin weist die erste Halterungseinrichtung 210 zwei einander diametral gegenüber liegende Kodierstifte 232 bzw. Führungsstifte 245 auf, von denen lediglich einer sichtbar ist. Außerdem sind an der ersten Halterungseinrichtung 210 zwei Führungsstangen 250 angeordnet, auf denen je­ weils eine Vorspanneinrichtung 260 in Form einer Druckfeder sitzt.

Die zweite Halterungseinrichtung 220 weist einen Aufnahmeabschnitt 226 (verdeckt und deshalb durch einen Pfeil angedeutet) für eine 3CCD-Kamera 225 auf. Darüber hinaus ist für jede Führungsstange 250 der ersten Halteeinrichtung 210 ein Gleitlager 255 (ebenfalls verdeckt und deshalb durch einen Pfeif angedeutet) vorgesehen. Weiterhin sind an der zweiten Halterungseinrichtung 220 einander diametral gegenüber liegend zwei Kodierstifte 237 angeordnet. Ebenfalls einander diametral gegenüber liegend umfaßt die zweite Halte­ rungseinrichtung 220 zwei Führungsnuten 240. Außerdem ist auf der zweiten Halterungs­ einrichtung eine Skala 229, die eine Vergrößerung darstellt, und zwar in der vorliegenden Ausführung eine Vergrößerung, mit der eine mit dem System aufgenommene Abbildung durch ein bestimmtes Bildverarbeitungssystem angezeigt wird, vorgesehen.

Der Kodierzylinder 230 weist in seiner Umfangsfläche zwei erste Nuten 231 und zwei zweite Nuten 236 auf, von denen jeweils eine Nut dargestellt ist. Die zwei ersten Nuten 231 sind, ebenso wie die zwei zweiten Nuten 236, auf der Zylinderoberfläche um 180° gegeneinander verschoben.

Jede erste Nut 231 und jede zweite Nut 236 umfaßt eine Längsnut 231a bzw. 236a, von denen sich jeweils vier Quernuten 231b bzw. 236b im wesentlichen senkrecht erstrecken. Wie mit Hilfe der gestrichelt dargestellten und mit y bezeichneten Längsposition auf dem Kodierzylinder 230 zu sehen ist, sind, abgesehen von der dem aufzunehmenden Objekt zuzuwendenden ersten und zweiten Quernut, die ersten Quernuten 231b gegenüber ihren entsprechenden zweiten Quernuten 236b verschoben.

Damit trotz dieser Verschiebung die Endpostionen in den ersten Quernuten 231b von den entsprechenden Kodierstiften 236 eingenommen werden können (wie weiter unten noch erläutert wird), umfassen die ersten Quernuten 231b Führungskurven 231c, die ungefähr an den Längspositionen beginnen, an denen die entsprechenden zweiten Quernuten 236b beginnen, und die in der entsprechenden Quernut 231b enden.

In Fig. 5 ist das optische System in teilweise und in vollständig zusammengesetzter Form dargestellt.

In der oberen Darstellung ist auf der linken Seite der Kodierzylinder 230 mit der ersten Nut 231 und der zweiten Nut 236 gezeigt. Rechts daneben ist die in der zweiten Halterungsein­ richtung 220 verschiebbar angeordnete erste Halterungseinrichtung 210 dargestellt.

Die verschiebbare Anordnung der ersten in der zweiten Halterungseinrichtung wird dadurch erzielt, daß die Führungsstangen 250 (Fig. 4) in die entsprechende Gleitlager 255 (Fig. 4) eingesetzt werden und, wie aus Fig. 5 ersichtlich, die an der ersten Halterungseinrichtung 210 angeordneten Kodierstifte 232 bzw. Führungsstifte 245 mit den Führungsnuten 240 in der zweiten Halterungseinrichtung 220 in Eingriff gebracht werden. Durch die Vorspannein­ richtung 260 ist die erste Halterungseinrichtung 210 gegenüber der zweiten Halterungsein­ richtung 220 vorgespannt.

Für den vollständigen Zusammenbau wird diese Anordnung in den Kodierzylinder 230 ein­ gesetzt, und zwar derart, daß die ersten Kodierstifte 232 jeweils mit einer ersten Kodiernut 231 im Eingriff stehen und die zweiten Kodierstifte 237 jeweils mit einer zweiten Kodiernut 236 im Eingriff stehen. Dieser vollständige Zusammenbau ist in der unteren Darstellung gezeigt.

In der unteren Abbildung befinden sich die ersten und zweiten Kodierstifte in einer eingera­ steten Endposition in einander jeweils entsprechenden Quernuten.

Durch geeignetes Anbringen der Skala 229 kann die dieser Stellung entsprechende Ver­ größerung (40X) mittels der Kante 239 des Kodierzylinders 230 direkt abgelesen werden.

Um nun eine andere Vergrößerung, beispielsweise (20X) einzustellen wird der Kodierzylin­ der 230 gegenüber den Halterungseinrichtungen 210 und 220 verdreht, so daß sich alle Kodierstifte 232 und 237 in ihren entsprechenden Längsnuten 231a bzw. 237a (Fig. 4) be­ finden.

Durch die Vorspanneinrichtung 260 (Fig. 4) wird hierbei sichergestellt, daß die erste und die zweite Halterungseinrichtung in bezug auf einander einen definierten Abstand aufweisen.

Durch Verschieben, hier durch eine Zugbewegung an den Halterungseinrichtungen und dem Kodierzylinder, laufen die Kodierstifte 232 und 237 entlang ihrer entsprechenden Längsnuten 231a bzw. 236a.

Wenn die durch die Kante 239 auf der Skala 229 ablesbare Vergrößerung (20X) erreicht ist, werden die Halterungseinrichtungen und der Kodierzylinder in die entgegengesetzte Richtung verdreht. Dies hat zur Folge, daß zuerst die zweiten Kodierstifte 237 in ihre ent­ sprechenden Quernuten 236b geführt werden, so daß die Stellung der zweiten Halte­ rungseinrichtung 220 und der daran befestigten Bildaufnahmeeinrichtung 225 (Fig. 4) ge­ genüber dem Kodierzylinder 230 festgelegt und damit die Vergrößerung eingestellt ist.

Durch die Vorspannung bedingt greifen beim Eintritt der zweiten Kodierstifte 237 in ihre entsprechenden Quernuten 236b die ersten Kodierstifte 232 definiert in die Führungskur­ ven 231c der ersten Kodiernuten 231.

Durch eine Fortsetzung der Drehbewegung werden schließlich die zweiten Kodierstifte 237 entlang ihrer entsprechenden Quernuten 236b in ihre Endposition gebracht, während sich die ersten Kodierstifte 232 entlang der Führungkurven 231c bewegen.

Hierdurch wird nur noch die erste Halterungseinrichtung 210 gegenüber der zweiten Halte­ rungseinrichtung 220 bewegt, während die zweite Halterungseinrichtung 220 gegenüber dem Kodierzylinder 230 in Längsrichtung ruht. Auf das optische System bezogen, wird also unter Beibehaltung der Vergrößerung das optische System fokussiert.

In Fig. 6 sind eine Kopplungseinrichtung 330 und eine zweite Halterungseinrichtung 320 gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt.

Die Kopplungseinrichtung 330 unterscheidet sich von der Kopplungseinrichtung 230 ge­ mäß der dritten Ausführungsform 230 nur durch die Nut 334 der ersten Kodiernut 331. Im folgenden wird deshalb nur auf dieses unterschiedliche Merkmal eingegangen.

Diese Nut 334 ermöglicht es, das abbildende optische System auf die Entfernung ∞ einzu­ stellen. Dementsprechend unterscheidet sich auch die an der zweiten Halterungseinrich­ tung angeordnete Einstellskala 329.

Insbesondere wird hierbei, da, wie aus Fig. 6 ersichtlich, die Nut 334 der ersten Kodiernut 331 gegenüber ihrer entsprechenden Nut 339 der zweiten Kodiernut 336 wesentlich weiter verschoben ist als dies die übrigen Nuten der ersten Kodiernut 331 gegenüber ihren ent­ sprechenden Nuten der zweiten Kodiernut 336 sind, das Objektiv sehr nah an die Abbil­ dungseinrichtung verschoben und der Kodierzylinder wird soweit zurückgeschoben, daß er außerhalb des Blickfelds der Abbildungseinrichtung liegt.

Demnach kann in dieser Stellung, das abbildende optische System auch eingesetzt wer­ den, um beispielsweise Abbildungen von einem sehr großen Objektfeld aufzunehmen.

Neben einer Einstellung auf die Entfernung ∞ können selbstverständlich auch beliebige andere Einstellpunkte durch entsprechende Ausbildung der Nut 334 erzielt werden.

Claims (29)

1. Abbildendes optisches System (100, 200), umfassend
ein Objektiv (115; 215),
eine Bildaufnahmeeinrichtung (125; 225), und
eine Einstellvorrichtung zum Einstellen von Bildweite (b) und Gegenstandsweite (g) des abbildenden Systems mit
einer ersten, axial verschiebbaren Halterungseinrichtung (110; 210), an der das Objektiv (115; 215) befestigt ist,
einer zweiten, axial verschiebbaren Halterungseinrichtung (120; 220), an der die Bildaufnahmeeinrichtung (125; 225) befestigt ist,
wobei zwischen der ersten Halterungseinrichtung und der zweiten Halterungseinrich­ tung eine Kopplung (130; 230) vorgesehen ist, die derart ausgebildet ist, daß jede Ver­ schiebung einer Halterungseinrichtung (110; 210; 120; 220) zu einer den fokussierten Zustand des abbildenden, optischen Systems erhaltenden Verschiebung der anderen Halterungseinrichtung (120; 220; 110; 210) führt,
in welchem die Verschiebung der ersten Halterungseinrichtung und der durch die Kopplung (130) bedingten Verschiebung der zweiten Halterungseinrichtung in Abhän­ gigkeit einer von außen eingebbaren Vergrößerung (m), die durch das abbildende Sy­ stem realisierbar ist, steuerbar sind.

2. Abbildendes optisches System nach Anspruch 1, in welchem die Kopplung der ersten Halterungseinrichtung (110) und der zweiten Halterungseinrichtung (120) in Form einer mechanischen Kopplung (130) ausgebildet ist.

3. Abbildendes optisches System nach Anspruch 2, in welchem die mechanische Kopp­ lung ausgebildet ist durch:
einen Kodierzylinder (230; 330), der mit wenigstens einer ersten Kodiernut (231; 331) und wenigstens einer zweiten Kodiernut (236; 336) versehen ist,
wenigstens einen ersten Kodierstift (232), der an der ersten Halterungseinrichtung (210) angeordnet ist, wobei jeder erste Kodierstift (232) mit einer ersten Kodiernut (231; 331) im Eingriff steht, und
wenigstens einen zweiten Kodierstift (237; 337), der an der zweite Halterungseinrich­ tung (220; 320) angeordnet ist, wobei jeder zweite Kodierstift (237; 337) mit einer zweiten Kodiernut (236; 336) im Eingriff steht.

4. Abbildendes optisches System nach Anspruch 3, in welchem jede erste Kodiernut und jede zweite Kodiernut in Form kontinuierlicher Steuerkurven vorgesehen ist.

5. Abbildendes optisches System nach Anspruch 3, in welchem jede erste Kodiernut (231) und jede zweite (236) Kodiernut in Form einer sich im wesentlichen in Längs­ richtung erstreckenden kontinuierlichen Nut (231a, 236a) mit wenigstens zwei sich von dieser Nut im wesentlichen senkrecht erstreckenden Nuten (231b, 236b) vorgesehen ist.

6. Abbildendes optisches System nach Anspruch 5, in welchem die erste Halterungsein­ richtung (210) mittels einer Führungseinrichtung (240, 245) verschiebbar in der zweiten Halterungseinrichtung (220) gehaltert ist.

7. Abbildendes optisches System nach Anspruch 6, in welchem die Führungseinrichtung wenigstens eine Führungsnut (240), die in der zweiten Halterungseinrichtung (220) vorgesehen ist, und wenigstens einen Führungsstift (245), der an der ersten Halte­ rungseinrichtung (210) angeordnet ist, aufweist, wobei jeder Führungsstift (245) mit ei­ ner Führungsnut (240) im Eingriff steht.

8. Abbildendes optisches System nach Anspruch 7, in welchem jeder Führungsstift (245) einstückig mit einem ersten Kodierstift (232) der ersten Halterungseinrichtung (210) ausgebildet ist.

9. Abbildendes optisches System nach einem der Ansprüche 5 bis 8, in welchem jede sich im wesentlichen senkrecht erstreckende Nut (231b) jeder ersten Kodiernut (231) eine Führungskurve (231c) aufweist, die im Bereich einer Längsposition (x) beginnt, an der die entsprechende im wesentlichen senkrechte Nut (236b) der zweiten Kodiernut (236) beginnt, und die in der sich im wesentlichen senkrecht erstreckenden Nut (231b) der ersten Kodiernut (231) endet.

10. Abbildendes optisches System nach einem der Ansprüche 6 bis 9, in welchem eine weitere Führungseinrichtung (250, 255) vorgesehen ist.

11. Abbildendes optische System nach Anspruch 10, in welchem die weitere Führungsein­ richtung wenigstens eine Führungsstange (250), die an einer Halterungseinrichtung (210; 220) angeordnet ist, und jeweils eine jeder Führungsstange (250) entsprechende Lagereinrichtung (255), die an der anderen Halterungseinrichtung (220; 210) vorgese­ hen ist, aufweist.

12. Abbildendes optisches System nach einem der Ansprüche 6 bis 11, in welchem wenig­ stens eine Federeinrichtung (260) zur Vorspannung der ersten Halterungseinrichtung (210) gegenüber der zweiten Halterungseinrichtung (220) vorgesehen ist.

13. Abbildendes optisches System nach Anspruch 2, in welchem die mechanische Kopp­ lung ausgebildet ist durch:
einen ersten Schneckengang zum Verschieben der ersten Halterungseinrichtung (110),
einen zweiten Schneckengang zum Verschieben der zweiten Halterungseinrichtung (120),
wobei der erste Schneckengang und der zweite Schneckengang miteinander gekop­ pelt (130) sind.

14. Abbildendes optisches System nach Anspruch 1, in welchem die Kopplung der ersten Halterungseinrichtung (120) und der zweiten Halterungseinrichtung (120) in Form einer elektromechanischen Kopplung vorgesehen ist.

15. Abbildendes optisches System nach Anspruch 14, in welchem die elektromechani­ schen Kopplung aufweist:
einen ersten Elektromotor zur Steuerung der Verschiebung der ersten Halterungsein­ richtung (110),
einen zweiten Elektromotor zur Steuerung der Verschiebung der zweiten Halterungs­ einrichtung (120), und
eine Steuereinrichtung (130), die den zweiten Elektromotor in Abhängigkeit von der Steuerung des ersten Elektromotors steuert.

16. Abbildendes optisches System nach Anspruch 15, in welchem die Steuereinrichtung einen µ-Prozessor aufweist.

17. Abbildendes optisches System nach einem der vorangegangenen Ansprüche, in wel­ chem eine Objektabstandshaltereinrichtung (160) derart vorgesehen ist, daß ein abzu­ bildendes Objekt (O) in konstantem Abstand vor der Einstellvorrichtung angeordnet werden kann.

18. Abbildendes optisches System nach einem der vorangegangenen Ansprüche, in wel­ chem eine Beleuchtungseinrichtung (170) an der einem abzubildenden Objekt (O) zu­ zuwendenden Seite der Einstellvorrichtung vorgesehen ist.

19. Abbildendes optisches System nach einem der vorangegangenen Ansprüche, in wel­ chem das Objektiv (115; 215) als Festbrennweitenobjektiv vorgesehen ist.

20. Abbildendes optisches System nach einem der vorangegangenen Ansprüche, in wel­ chem das Objektiv (115; 215) als Fixfokusobjektiv vorgesehen ist.

21. Abbildendes optisches System nach einem der vorangegangenen Ansprüche, in wel­ chem die Bildaufnahmeeinrichtung (125; 225) eine photoelektrische Bildaufnahmeein­ richtung aufweist.

22. Abbildendes optisches System nach Anspruch 21, in welchem die photoelektrische Bildaufnahmeeinrichtung eine Videobildaufnahmeeinrichtung aufweist.

23. Abbildendes optisches System nach Anspruch 21 oder 22, in welchem die photoelek­ trische Bildaufnahmeeinrichtung eine CCD-Einrichtung umfaßt.

24. Abbildendes optisches System nach Anspruch 23, in welchem die CCD-Einrichtung eine 3CCD-Einrichtung umfaßt.

25. Abbildendes optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 20, in welchem die Bildaufnahmeeinrichtung (125; 225) eine fotografische Aufnahmeeinrichtung umfaßt.

26. Abbildendes optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 20, in welchem statt der Bildaufnahmeeinrichtung ein Okular vorgesehen ist.

27. Abbildendes optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 20, in welchem die Bildaufnahmeeinrichtung (125; 225) eine Anzeigeeinrichtung umfaßt.

28. Abbildendes optisches System nach Anspruch 27 in Verbindung mit einem der An­ sprüche 1 bis 20, in welchem die Anzeigeeinrichtung einen Schirm aufweist.

29. Abbildendes optisches System nach einem der vorangegangenen Ansprüche, in wel­ chem die Kopplung (330) weiterhin so ausgebildet ist (334), daß das Objektiv auf eine Gegenstandsweite von ∞ fokussierbar ist.