DE20218381U1

DE20218381U1 - Einzelobjektiv-Stereokamera

Info

Publication number: DE20218381U1
Application number: DE20218381U
Authority: DE
Original assignee: ABELS ERWIN
Current assignee: ABELS ERWIN
Priority date: 2002-11-27
Filing date: 2002-11-27
Publication date: 2003-02-13
Anticipated expiration: 2012-11-28

Description

Beschreibung

Einzelobiektiv-Stereokamera
Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur stereoskopischen Abbildung von Objekten. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Vorichtung zur stereoskopischen Abbildung von Körperelementen für medizinische Zwecke, etwa des Auges oder von endoskopischen Bildern des Körperinnern.

Verwandter Stand der Technik

Die stereoskopische Betrachtung bzw. Dokumentation (Foto, Video) von Objekten beruht auf der Auswertung von wenigstens zwei Bildern desselben Objektes, die aus zwei unterschiedlichen Blickrichtungen auf das Objekt aufgenommen werden und über das Augenpaar im Gehirn zum räumlichen Seheindruck verwertet werden, wenn die individuelle Fähigkeit zum räumlichen Sehen besteht.

Für die Aufnahme von Fotos oder Bewegtbildern (Video) gibt es zwei Verfahren, entweder die sukzessive oder die simultane Erzeugung der beiden Abbildungen aus unterschiedlichen Blickrichtungen.

Mit einer Doppelobjektiv-Kamera oder zwei synchron geschalteten Kameras werden die Bilder gleichzeitig, also simultan aufgenommen.

Mit einer Einzelobjektiv-Kamera werden die beiden Bilder von zwei Standorten aus mit zeitlichem Abstand, also sukzessiv aufgenommen, wobei die Kamera zwischen den beiden Aufnahmen räumlich verfahren wird, etwa auf einem Stativschlitten.

Zur fortlaufenden Stereobetrachtung, also für Stereo-Video-Aufnahmen eignet sich aufgrund der erforderlichen hohen Bildfrequenz nur das simultane Verfahren. Im

mikroskopischen Bereich stößt dieses Verfahren aufgrund des größeren Platzbedarfs einer Doppelobjektiv-Kamera schnell an seine Grenzen.

Aus der deutschen Offeniegungsschrift DE 4219851 A1 ist eine Stereokamera bekannt, bei der zwischen Objektivlinse und Kondensorlinse der Kamera ein Biprisma angeordnet ist, dessen Teilprismen mit der Spitze aneinanderliegen. Diese Stereokamera ermöglicht eine simultane Aufnahme von Stereobildern mit einem einzigen Objektiv. Nachteilig an der in der deutschen Offeniegungsschrift beschriebenen Stereokamera ist jedoch, daß gerade im Bereich der optischen Achse eine nicht darstellbare Bildzone auftritt.

Zusammenfassung der Erfindung

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Einzelobjektiv-Stereokamera zu schaffen, die eine simultane Aufnahme von Stereobildern ermöglicht und die im Stand der Technik vorhandenen Nachteile vermeidet.

Gelöst wird die Aufgabe durch eine Einzelobjektiv-Stereokamera mit einem Einzelobjektiv und einem zwischen Einzelobjektiv und abzubildendem Objekt angeordneten Doppelprisma, das aus zwei Teilprismen besteht, die mit ihrer jeweiligen Basis im Bereich der optischen Achse des Einzelobjektivs aneinanderliegen und ein virtuelles Doppelbild des Objektes erzeugen, welches das Einzelobjektiv zu einer stereoskopischen Abbildung des Objektes abbildet.

Das zwischen Objektivlinse und Objekt angeordnete Doppelprisma erzeugt ein simultanes (virtuelles) Stereobild des abzubildenden Objektes, welches dann von der Objektivlinse - etwas der Objektivlinse einer Kamera - weiterverarbeitet werden kann. Durch ihre an der Basis aneinanderliegenden Teilprismen wird eine Bildlücke im Bereich der optischen Achse vermieden.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, daß es auf einfache Art und Weise möglich ist, eine bestehende Kamera mit dem vor der Objektivlinse in Richtung

Objekt angeordneten Doppelprisma zu versehen und so zur Stereokamera zu erweitern. Eine Veränderung der optischen Komponenten oder des Strahlengangs in der Kamera selbst ist nicht erforderlich.

Um eine Überlappung der beiden Stereohalbbilder zu vermeiden, weist das Doppelprisma zwischen den aneinanderliegenden Basisseiten der beiden Teilprismen vorzugsweise eine lichtabsorbierende Schicht, beispielsweise eine schwarze Trennwand oder geschwärzte Prismenbasen auf. Die Prismenstärke eines Teilprismas liegt bei wenigstens 1 pdtr, vorzugsweise 1,5 pdtr (Prismendioptrie, d.h. Strahlenabweichung in cm je m Abstand vom Prisma).

Die erfindungsgemäße Einzelobjektiv-Stereokamera kann ausgebildet sein zur Erzeugung von Stereobildern eines Makro-Objektes oder zur Erzeugung von Stereobildern von Mikroobjekten. Im letzteren Fall weist die Einzelobjektiv-Stereokamera eine zwischen Doppelprisma und Objekt angeordnete weitere Vergrößerungslinse auf, die beispielsweise einen Vergrößerungsfaktor zwischen 3 und 10 (Lupenvergrößerung) liefert.

Die Erfindung kann vorteilhaft eingesetzt werden mit einer Fundus-Kamera zur Abbildung der Augenhintergrunds. Dabei kann das zu untersuchende Auge mit Licht beleuchtet werden, wobei durch die stereoskopische Abbildung des Objekts auch quantitative Information über den Augenhintergrund, insbesondere den Sehnervenkopf, erfaßt werden kann. Zum Ausmessen des Augenhintergrunds kann erfindungsgemäß ein Gitter auf das zu untersuchende Auge abgebildet werden, um Messungen am Augenhintergrund durchführen zu können.

Um den Beobachtungsbereich am Augenhintergrund auch außerhalb der optischen Achse zu vergrößern, kann das Doppelprisma um die optische Achse drehbar angeordnet sein und ein zwischen Vergrößerungslinse und Objekt angeordnetes weiteres Prisma vorgesehen sein, das mit dem Doppelprisma synchron drehbar ist. So wird ermöglicht, durch Drehen von Doppelprisma und Objektprisma einen 360°- Bereich des Augenhintergrundes außerhalb der optischen Achse zu beobachten.

Zur Erzeugung stereoskopischer Abbildungen eines Endoskop-Bildes kann das Doppelprisma auch vor einem Okular eines Endoskops angeordnet sein.

Kurzbeschreibunq der Zeichnungen

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von einzelnen Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen im Detail beschrieben.

Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Einzelobjektiv-Stereokamera zur Erzeugung von Stereobildern von Mikro-Objekten.

Fig. 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Einzelobjektiv-Stereokamera zur Erzeugung von Stereobildern von Makro-Objekten.

Fig. 3a zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Einzelobjektiv-Stereokamera zur Verwendung als Funduskamera zur Bilddarstellung des Augenhintergrundes.

Fig. 3b zeigt den Beleuchtungsstrahlengang des Ausführungsbeispiels von Fig. 3a.

Fig. 4 zeigt eine Anwendung der Erfindung zur Stereobetrachtung von Bildern auf einem Bildschirm.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Einzelobjektiv-Stereokamera. Dieses Ausführungsbeispiel ist geeignet zur Abbildung von MikroObjekten, beispielsweise für medizinische Anwendungen. Ein abzubildendes Objekt

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a, das in der Figur durch einen Pfeil dargestellt ist, wird durch eine Vergrößerungslinse L mit Brennpunkt Fl zunächst auf ein vergrößertes virtuelles Abbild a' abgebildet. Dieses wird durch die Kombination aus Doppelprisma DP und Objektivlinse O auf die beiden reellen Stereo-Teilbilder b1' und b2' abgebildet. Die beiden Teilbilder b1', b2' zeigen das Objekt a aufgrund des Doppelprismas von verschiedenen Blickwinkeln aus. Daher lassen sich diese Abbildungen b1', b2' zur Stereobetrachtung nutzen.

Die Stereokamera kann hinter dem Objektiv selbstverständlich beliebige weitere optische Elemente enthalten. Es kann beispielsweise eine CCD-Kamera oder dergleichen vorgesehen sein. Die Erfindung kann mit den verschiedensten Kameratypen verwirklicht werden und bestehende Kameras können durch das Doppelprisma und ggf. die Vergrößerungslinse L zur erfindungsgemäßen Einzelobjektiv-Stereokamera ergänzt werden.

Die Konstruktion des Strahlengangs des in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiels wird im Folgenden im Detail angegeben:

Die Strahlen 1a bis 6b dienen der Konstruktion des Lupenbildes a', die Strahlen 7a bis 9d der Konstruktion der Doppelbilder b1, b2 durch das Doppelprisma und die Strahlen 10a bis 11b der Konstruktion der Kamerabilder b1', b2'.

Vom Objekt a gehen Strahlen aus:

1a, 1b Objekt-Brennstrahlen -> 2a, 2b Bild-Parallelstrahlen ->
3a, 3b deren rückwärtige Verlängerung,

4a, 4 Objekt-Parallelstrahlen -> 5a, 5bBild-Brennstrahlen ->·
6a, 6b deren rückwärtige Verlängerung.

Die Schnittpunkte von 3a, 3b und 6a, 6b bilden die Bildpunkte des (virtuellen) Lupenbildes.

Die Strahlen 7a bis 7d gehen vom Lupenbild aus und führen über das Doppelprisma zu (virtuellen) Doppelbildern b1, b2, konstruiert als rückwärtige Verlängerung (9a - d) der Parallelstrahlen 8a - d. Bilderzeugung der Kamera als reelles Bildpaar b1\ b2' über die paarigen Parallelstrahlen 8a - d als Brennstrahlen 10 a - d und über die Mittelpunktstrahlen 11a, 11b (die achsennahen Mittelpunktstrahlen sind zur Vereinfachung der Darstellung weggelassen).

Die Abbildung des Lupenbildes a' führt über das Doppelprisma zu Doppelbildern, die seitenunterschiedliche Ansichten des Objekts darstellen und über eine Einzelobjektivkamera (Foto, Video) aufgenommen werden können und stereoskopisch verwertbar sind.

Fig. 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Einzelobjektiv-Stereokamera. Das in Fig. 2 gezeigte Ausführungsbeispiel dient der Erzeugung von Stereobildern eines Makro-Objekts und entspricht dem Ausführungsbeispiel aus Fig. 1 mit dem Unterschied, daß die Vergrößerungslinse L weggelassen ist. Durch Objektivlinse O und Doppelprisma DP wird ein Stereobildpaar al', a2' des MakroObjekts a erzeugt. Die Strahlengänge zur Konstruktion der Bilder entsprechen somit ebenfalls denen aus Fig. 1 und werden hier nicht mehr im einzelnen erläutert.

Die Abbildung des Objekts a führt über das Doppelprisma zu Doppelbildern al', a2', die seitenunterschiedliche Ansichten des Objekts darstellen und wiederum über eine Einzelobjektivkamera wie eine CCD-Kamera aufgenommen werden können und stereoskopisch verwertbar sind.

Wie aus Fig. 1 ebenfalls ersichtlich ist, besteht das Doppelprisma DP aus zwei Teilprismen DP1, DP2, deren jeweilige Basisseiten an der optischen Achse des Objektivs O (der Kamera) aufeinander liegen. Zur Verringerung von Überlappungen der beiden Abbildungen kann zwischen den beiden Basisseiten der Teilprismen DP1, DP2 eine lichtabsorbierende Schicht 17, beispielsweise eine schwarze Trennwand oder geschwärzte Basisoberflächen vorgesehen sein. Die hier verwendeten Teilprismen haben eine Stärke von 1,5 pdtr. Je nach Anwendungsbereich können jedoch auch andere Stärken verwendet werden.

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Die Fig. 3a und 3b zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, welches geeignet ist zur Verwendung mit einer Funduskamera zur Bilddarstellung des Augenhintergrunds.

Fig. 3a zeigt den Betrachtungsstrahlengang, wobei der besseren Übersicht halber eine nur halbseitige Darstellung des Strahlengangs gewählt ist. Der Augenhintergrund wird als Objekt a über eine Ophthalmoskopierlupe LO als Bild a' im Brennpunkt f_Lo der Lupe LO dargestellt. Der weitere Strahlengang entspricht dem in Fig. 1 gezeigten. Es werden also auch hier über die virtuellen Bilder a" zwei seitenunterschiedliche Bilder a¹" erzeugt, die stereoskopisch verwertet werden können.

Fig. 3b zeigt den Beleuchtungsstrahlengang des in Fig. 3a gezeigten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Der Beleuchtungsstrahlengang entspricht funktionell dem eines Diaprojektors. Das Licht einer Lichtquelle wird über einen Kondensor K und die Blendenebene BL (entsprechend der Dia-Ebene) dem Projektorobjektiv P zugeführt (Strahlen al bis a3). Dann wird das Licht über einen Spiegel S, der um 45° zur optischen Achse geneigt ist, koaxial zur optischen Achse des Betrachtungsstrahlengangs und über die Ophthalmoskopierlupe LO ins Augeninnere gerichtet (Strahlen a4 bis a6). Das Projektorobjektiv P bildet die Blendenebene über die Lupe LO auf den Augenhintergrund ab (Strahlen b1 bis b5).

Mit einer verstellbaren Blende Bl läßt sich das beleuchtete Feld am Augenhintergrund begrenzen, wodurch man im Betrachtungsstrahlengang eine Überlagerung der Doppelbilder vermeiden kann. Der Lichtzuführungsstrahlengang ist in derselben Richtung ausgerichtet wie die gemeinsame Basis des in Fig. 3a gezeigten Doppelprismas DP.

Als weitere Variante des in den Figuren 3a, 3b gezeigten Ausführungsbeispiels kann das Doppelprisma um die optische Achse drehbar gelagert sein.

Entsprechend kann der Beleuchtungsstrahlengang ggf. auch drehbar ausgebildet sein. Zur besseren Betrachtung des Augenhintergrundes auch außerhalb des

Bereichs nahe der optischen Achse kann zwischen Lupe LO und Auge ein weiteres (nicht dargestelltes) einfaches Prisma vorgesehen sein, das sich synchron mit dem Doppelprisma DP drehen läßt.

Weiterhin kann die Erfindung benutzt werden für ein Verfahren zur Vermessung des Augenhintergrundes. Mit dem in Fig. 3b gezeigten Beleuchtungsstrahlengang wird vorzugsweise ein Gitter mit festgelegten Gitterabständen auf die Netzhaut abgebildet, die die Erfassung quantitativer Daten am Augenhintergrund ermöglicht.

Ein weiteres Anwendungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 4 veranschaulicht. Die stereofähigen Doppelbilder werden mittels eines Videorekorders oder dgl. auf den Bildschirm eines TV-Gerätes 21 oder dgl. übertragen. Es entstehen zwei Bilder mit vertikaler Trennung in der Bildschirmmitte. Mithilfe einer Prismenbrille und einer Abdeckung 17 werden dem rechten Auge die rechte Bildschirmhälfte und dem linken Auge die linke Bildschirmhälfte angeboten und derart überlagert, daß im Gehirn der Stereoeindruck entsteht, wenn die individuelle Eigenschaft zur Stereowahrnehmung vorliegt.

Eine weitere (nicht dargestellte) Anwendung der Erfindung liegt in der Stereoabbildung von endoskopischen Bildern. Dabei wird die in Fig. 2 gezeigte optische Anordnung verwendet, wobei das Objekt a ein vom Okular des Endoskops abgebildetes Endoskopbild ist. Dadurch lassen sich seitenunterschiedliche Abbildungen al', a2' des vom Endoskop erfaßten Objekts erzeugen, die über eine Einzelobjektivkamera aufgenommen und stereoskopisch verwertet werden können.

Claims

1. Einzelobjektiv-Stereokamera, aufweisend:
ein Einzelobjektiv (O), und
ein zwischen dem Einzelobjektiv (O) und einem abzubildenden Objekt (a) angeordnetes Doppelprisma (DP), welches

- aus zwei Teilprismen (DP1, DP2) besteht, die mit ihrer jeweiligen Basis im Bereich der optischen Achse des Einzelobjektivs aneinanderliegen, und

- ein virtuelles Doppelbild (a1, a2; b1, b2) des Objektes (a) erzeugt, welches das Einzelobjektiv (O) zu einer stereoskopischen Abbildung des Objektes (a) abbildet.

2. Einzelobjektiv-Stereokamera nach Anspruch 1, wobei zwischen den zwei an ihrer Basis aneinanderliegenden Teilprismen (DP1, DP2) eine lichtabsorbierende Zwischenschicht (17) angeordnet ist.

3. Einzelobjektiv-Stereokamera nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Abstand zwischen dem Doppelprisma (DP) und der Objektivlinse (O) kleiner ist als die Brennweite der Objektivlinse.

4. Einzelobjektiv-Stereokamera nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei jedes Teilprisma (DP1, DP2) eine Stärke von wenigstens 1 pdtr, vorzugsweise wenigstens 1,5 pdtr aufweist.

5. Einzelobjektiv-Stereokamera nach einem der Ansprüche 1 bis 4, die ausgebildet ist zur Erzeugung von Stereobildern eines Makro-Objektes.

6. Einzelobjektiv-Stereokamera nach einem der Ansprüche 1 bis 4, die ausgebildet ist zur Erzeugung von Stereobildern von Mikro-Objekten und eine zwischen Doppelprisma (DP) und Objekt (a) angeordnete Vergrößerungslinse (L) aufweist.

7. Einzelobjektiv-Stereokamera nach Anspruch 6, wobei die Kamera eine Fundus- Kamera zur Abbildung der Augenhintergrunds ist.

8. Einzelobjektiv-Stereokamera nach Anspruch 7, wobei das zu untersuchende Auge mit Licht aus einer Lichtquelle (LQ) bestrahlt wird und durch die stereoskopische Abbildung quantitative Information des Augenhintergrunds, insbesondere des Sehnervenkopfes erfaßt wird.

9. Einzelobjektiv-Stereokamera nach Anspruch 8, wobei zum Ausmessen der Netzhaut ein Gitter auf das zu untersuchende Auge abgebildet wird.

10. Einzelobjektiv-Stereokamera nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei das Doppelprisma (DP) um die optische Achse der Objektivlinse (O) drehbar angeordnet ist.

11. Einzelobjektiv-Stereokamera nach Anspruch 10, aufweisend ein zwischen Vergrößerungslinse (L) und Objekt (a) angeordnetes weiteres Prisma, das synchron mit dem Doppelprisma (DP) drehbar angeordnet ist.

12. Einzelobjektiv-Stereokamera nach einem der Ansprüche 8 bis 11, aufweisend eine verstellbare Blende (BI) zur Begrenzung des beleuchteten Feldes am Augenhintergrund.

13. Einzelobjektiv-Stereokamera nach Anspruch 5, wobei das Doppelprisma (DP) vor einem Okular eines Endoskops angeordnet ist zur stereoskopischen Abbildung eines Endoskop-Bildes.