JP2016114943A - 光学観察デバイスおよび光学観察デバイスを操作するための方法 - Google Patents

光学観察デバイスおよび光学観察デバイスを操作するための方法 Download PDF

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Abstract

【課題】光学観察デバイスおよび光学観察デバイスを操作するための方法を提供する。【解決手段】観察光線経路3に、電子的に生成されたオーバーレイ画像43を表現するオーバーレイ光線経路4が重畳され、オーバーレイ光線経路4を重畳された観察光線経路3が、少なくとも1つの接眼レンズに通じる接眼レンズ分岐経路17と、少なくとも1つのカメラ25に通じるカメラ分岐経路19とを有する。少なくとも1つのカメラ25が、カメラ分岐経路19に基づいて画像を撮影する。電子的に生成されるオーバーレイ画像43は、画像の撮影時にカメラによって実質的に撮影されないスペクトル範囲内のみで生成され、または、カメラ25による画像の撮影前にカメラ分岐経路19から除去されるスペクトル範囲、もしくはカメラ25による画像の撮影後にカメラ25によって撮影された画像から除去されるスペクトル範囲に制限される。【選択図】図2

Description

本発明は、少なくとも1つの接眼レンズと、少なくとも1つのカメラとを有する光学観察デバイス、特に手術用顕微鏡に関する。さらに、本発明は、光学観察デバイス、特に手術用顕微鏡を操作するための方法に関する。
光学観察デバイス、例えば手術用顕微鏡は、多くの場合、物体視野から得られた物体視野像を直接観察するための1つまたは複数の接眼レンズを備える。さらに、多くの場合、少なくとも1つのカメラが存在し、カメラも同様に、物体視野から得られた物体視野像を撮影する。さらに、光学観察デバイスは、投射モジュールを装備されることがあり、投射モジュールによって、画像または情報が観察光線経路内に投射される。例えば、手術用顕微鏡では、必要に応じて物体視野像に画像またはデータが重畳されて、施術中の外科医に追加情報を知らせる。その際、画像は、撮像法、例えば断層撮影法によって生成することができ、またはさらなる光学観察デバイス、例えば内視鏡によって得ることができる。物体視野像にオーバーレイされるデータは、例えば英数字データまたはグラフィックスデータでよい。ここで、グラフィックスデータは、例えば、物体視野像の特定の領域のマーキングとして使用されることがあり、例えば、特定の物体領域を取り囲む輪郭または特定の物体領域を着色する色付けマーキングでよい。
多くの光学観察デバイスでは、カメラは、システム要件として、オーバーレイされる画像またはデータを重畳された物体視野像を撮影するように構成される。そのような光学観察デバイスは、例えば、(特許文献1)に記載されている。特に、カメラによって撮影された画像が自動画像評価のための基礎となるとき、オーバーレイ画像を重畳された物体視野像の撮影は、物体視野像の評価を難しくすることがある。さらに、カメラによって撮影された画像がオーバーレイ画像のための基礎となるとき、物体視野像内のオーバーレイ画像は、好ましくないフィードバック効果をもたらすことがある。したがって、現況技術では、カメラは時として、光線経路がオーバーレイ画像と重畳される前に物体視野像が光線経路から取り出されるように構成される。対応する手術用顕微鏡は、例えば、(特許文献2)に記載されている。しかし、そのような構成は、オーバーレイすべきデータまたはオーバーレイすべき画像と既に重畳された物体視野像をカメラが提供される構成よりも多くの設置スペースが必要である。
独国特許出願公開第10 2004 038 001 A1号明細書 欧州特許出願公開第2 199 842 A1号明細書
したがって、本発明の目的は、オーバーレイ画像を重畳された物体視野像がカメラに供給される光学観察デバイスを操作するための方法であって、上記の問題を少なくとも一部克服する方法を提供することである。さらなる目的は、有利な光学観察デバイスを提供することである。
第1の目的は、請求項1に記載の光学観察デバイスを操作する方法によって達成され、第2の目的は、請求項9に記載の光学観察デバイスによって達成される。従属請求項は、本発明の有利な構成を含む。
少なくとも1つの接眼レンズと、少なくとも1つのカメラと、物体視野像を表示するための観察光線経路とを備える本発明による光学観察デバイスを操作するための方法において、電子的に生成されるオーバーレイ画像を表現するオーバーレイ光線経路が観察光線経路に重畳される。その際、オーバーレイ光線経路を重畳された観察光線経路が、少なくとも1つの接眼レンズに通じる接眼レンズ分岐経路と、少なくとも1つのカメラに通じるカメラ分岐経路とを有し、少なくとも1つのカメラが、カメラ分岐経路に基づいて画像を撮影する。電子的に生成されるオーバーレイ画像は、画像の撮影時に少なくとも1つのカメラによって実質的に撮影されないスペクトル範囲内のみで生成され、または、少なくとも1つのカメラによる画像の撮影前にカメラ分岐経路から除去されるスペクトル範囲、もしくは少なくとも1つのカメラによる画像の撮影後に少なくとも1つのカメラによって撮影された画像から除去されるスペクトル範囲に制限される。カメラに到達する前にカメラ分岐経路からスペクトル範囲が除去されない限り、電子的に生成されるオーバーレイ画像が生成されるスペクトル範囲内でのカメラの感度を低くすること、またはカメラがそのスペクトル範囲内で全く感度を有さないようにすることによって、画像の撮影時に少なくとも1つのカメラによって特定のスペクトル範囲が実質的に撮影されないようにすることができる。その際、電子的に生成されるオーバーレイ画像は、例えば、特定のスペクトル範囲によって予め定められた、狭められた色スペクトルを有するカラー画像、例えば単色画像でよい。特に、特定のスペクトル範囲が、可視スペクトル範囲全体である、または少なくとも2つの補色を含むとき、電子的に生成されるオーバーレイ画像は、グレースケール画像でもよい。
電子的なオーバーレイ画像が、カメラによって撮影される画像に含まれない特定のスペクトル範囲内で生成される、または特定のスペクトル範囲に制限されることによって、カメラによって撮影される画像を評価することができ、および/またはオーバーレイ画像の基礎とすることができ、冒頭で述べた問題は生じない。
特定のスペクトル範囲が、物体視野像内に全くない、またはわずかな強度でしかないことが有利であり、それにより、カメラによって生成される画像内にこのスペクトル範囲がなくても、物体視野内の観察物体の見た目の印象に実質的に影響を及ぼさない。さらに、特定のスペクトル範囲が、物体視野像のスペクトル範囲に比べて狭帯域のスペクトル範囲であると有利であり得る。ここで、特に、狭帯域のスペクトル範囲は、カメラによって撮影される物体視野像のスペクトル範囲の1/3以下、好ましくは1/5以下、さらに好ましくは1/10以下にすべきである。
限定はしないが、特に、接眼レンズによって電子オーバーレイ画像が閲覧されることを想定されるとき、特定のスペクトル範囲は、可視スペクトル範囲の一部である。
本発明による方法の第1の特定の形態では、少なくとも1つのカメラによって撮影される画像でのスペクトル範囲は、475〜510nmおよび525〜700nm、またはその一部に制限される。特に、少なくとも1つのカメラによって撮影される画像でのスペクトル範囲は、475〜510nmおよび525〜600nm、またはその一部に制限することができる。
本発明による方法の第2の特定の形態では、少なくとも1つのカメラによって撮影される画像でのスペクトル範囲は、480〜600nmまたはその一部に制限される。特に、少なくとも1つのカメラによって撮影される画像でのスペクトル範囲は、500〜550nmまたはその一部に制限することができる。
本発明による方法の第3の特定の形態では、少なくとも1つのカメラによって撮影される画像でのスペクトル範囲は、430〜470nmおよび600〜750nm、またはその一部に制限される。特に、少なくとも1つのカメラによって撮影される画像でのスペクトル範囲は、600〜750nmもしくはその一部、例えば620〜750nmもしくはその一部、620〜660nmもしくはその一部、または650〜750nmもしくはその一部に制限することができる。
本発明による方法の第4の特定の形態では、少なくとも1つのカメラによって撮影される画像でのスペクトル範囲は、800〜1000nmに制限される。特に、少なくとも1つのカメラによって撮影される画像でのスペクトル範囲は、803〜960nmまたはその一部に制限することができる。
上記の4つの特定の形態において、特定のスペクトル範囲は、少なくとも1つのカメラによって撮影される画像でのスペクトル範囲の外にある可視スペクトル範囲の一部である。
特定の形態から分かるように、特定のスペクトル範囲と、少なくとも1つのカメラによって撮影される画像でのスペクトル範囲とは、特に互いに相補的に設定することができる。
最初の2つの特定の構成は、例えば、本質的に緑色から赤色のスペクトル範囲(500〜700nm)で蛍光の観察が行われる蛍光用途に適しており、第3の特定の形態は、例えば、本質的に青色スペクトル範囲(450〜470nm)または橙色から赤色のスペクトル範囲(600〜750nm)で蛍光の観察が行われる蛍光用途に適しており、第4の特定の形態は、例えば、実質的に赤外スペクトル範囲(800〜1000nm)で蛍光の観察が行われる蛍光用途に適している。最後の場合には、カメラによって撮影される赤外画像は、可視画像、例えば特別なカラー画像またはグレースケール画像に変換され、この画像が次いで、オーバーレイ画像として物体視野像に重畳される。それに対し、最初の2つの変形形態では、例えば、蛍光画像内で輪郭または色付きマーキングを表現するオーバーレイ画像をオーバーレイすることができる。
本発明による方法の特定の形態では、オーバーレイ画像は、少なくとも1つのカメラによって撮影された画像に基づいて生成される。オーバーレイ画像は、カメラによって撮影された画像内に現れない特定のスペクトル範囲内にあるので、オーバーレイ画像とカメラによって撮影された画像とのフィードバックを避けることができる。この形態の改良形態では、特定のスペクトル範囲は、可視スペクトル範囲またはその一部でよい。このとき、少なくとも1つのカメラによって撮影される画像でのスペクトル範囲が、赤外スペクトル範囲を含み、特定のスペクトル範囲を成す可視スペクトル範囲または可視スペクトル範囲の一部を含まない。カメラによって撮影された画像は、特定のスペクトル範囲を成す可視スペクトル範囲または可視スペクトル範囲の一部での画像に変換され、この画像が次いで、電子的に生成されたオーバーレイ画像となる。電子的に生成されたオーバーレイ画像が物体視野像のサイズおよび位置に合わせられるように、電子的に生成されたオーバーレイ画像を表現するオーバーレイ光線経路が観察光線経路に重畳される。それにより、物体視野像に合致するようにオーバーレイされた、赤外データを表現するオーバーレイ画像の形態での赤外データを、光学観察デバイスのユーザに提供することができる。ここで、撮影された画像の変換後の、特定のスペクトル範囲を成す可視スペクトル範囲または可視スペクトル範囲の一部での画像は、グレースケール画像、1つもしくは複数の色を有するカラー画像、または輪郭画像でよい。
本発明による光学観察デバイスは、以下のものを含む。
−少なくとも1つの接眼レンズ。
−画像を撮影するための少なくとも1つのカメラ。ここで、カメラは、最も単純な場合には、ただ1つのカメラチップによって実現することができる。
−物体視野像を表すための観察光線経路。
−少なくとも1つのディスプレイ。これは、電子的なオーバーレイ画像を表現するオーバーレイ光線経路の出発点となる。
−観察光線経路とオーバーレイ光線経路を重畳するための光学重畳装置。ここで、重畳装置は、例えばビームスプリッタとして構成することができる。
−少なくとも1つの接眼レンズに通じる、オーバーレイ光線経路を重畳された観察光線経路の接眼レンズ分岐経路と、少なくとも1つのカメラに通じる、オーバーレイ光線経路を重畳された観察光線経路のカメラ分岐経路とを形成するためのビームスプリッタ。ここで、ビームスプリッタは、特に、光学重畳装置と同一でよい。
本発明による光学観察デバイスにおいて、電子的に生成されるオーバーレイ画像は、特定のスペクトル範囲内のみで生成され、または特定のスペクトル範囲に制限される。特定のスペクトル範囲内のみでの電子的に生成されるオーバーレイ画像の生成、または特定のスペクトル範囲への電子的に生成されるオーバーレイ画像の制限は、
−少なくとも1つのディスプレイが、特定のスペクトル範囲内のみで発光することができるディスプレイであること、または
−少なくとも1つのディスプレイにディスプレイ制御部が割り当てられ、ディスプレイ制御部が、電子的に生成されるオーバーレイ画像を生成するために、少なくとも1つのディスプレイが特定のスペクトル範囲内のみで発光するように少なくとも1つのディスプレイ制御すること、または
−特定のスペクトル範囲のみを通過させるフィルタが、少なくとも1つのディスプレイの下流に接続されること
によって行われる。
さらに、少なくとも1つのカメラによって撮影される画像でのスペクトル範囲は、
−少なくとも1つのカメラが、特定のスペクトル範囲に対して感度がない、もしくは特定のスペクトル範囲に対するカメラの感度が、カメラによって撮影される別のスペクトル範囲よりもかなり低いこと、または
−ビームスプリッタと少なくとも1つのカメラとの間に、オーバーレイ光線経路を重畳された観察光線経路のカメラ分岐経路から特定のスペクトル範囲をフィルタ除去するためのフィルタが存在すること、または
−画像処理ユニットが存在し、画像処理ユニットが、少なくとも1つのカメラによって撮影された画像から特定のスペクトル範囲を除去すること
によって制限される。
特に、特定のスペクトル範囲が、可視スペクトル範囲全体である、または少なくとも2つの補色を含むとき、電子的に生成されるオーバーレイ画像は、例えばグレースケール画像でもよい。
特定のスペクトル範囲に対するカメラの感度が、カメラによって撮影される別のスペクトル範囲よりも実質的に低いとき、特定のスペクトル範囲に対する感度は、典型的には、カメラによって撮影されるスペクトル範囲の残りの部分の感度の1/3未満、好ましくは1/5未満、さらに好ましくは1/10未満である。
本発明による光学観察デバイスを用いて、本発明による方法を実施することができる。それにより、方法に関して述べる特徴および利点を実現することができる。本発明による光学観察デバイスにおいて、ビームスプリッタは、観察光線経路とオーバーレイ光線経路とを重畳するための重畳装置をさらに同時に構成することができるので、カメラによってオーバーレイ画像が撮影されないコンパクトな光学観察デバイスが実現可能である。
本発明による光学観察デバイスでは、少なくとも1つのカメラは、可視スペクトル範囲および/または赤外スペクトル範囲内で感度を有することがある。オーバーレイ光線経路を重畳される観察光線経路のカメラ分岐経路内にフィルタがないとき、また、少なくとも1つのカメラによって撮影された画像から特定のスペクトル範囲を除去する画像処理ユニットがないとき、カメラのスペクトル範囲は、カメラが感度を有さない、またはカメラの感度が低い帯域を含み、この帯域が、オーバーレイ画像が生成される特定のスペクトル範囲に対応する。
本発明による光学観察デバイスの第1の特定の形態では、少なくとも1つのカメラによって撮影される画像でのスペクトル範囲は、475〜510nmおよび525〜700nm、またはその一部に制限される。特に、少なくとも1つのカメラによって撮影される画像でのスペクトル範囲は、475〜510nmおよび525〜600nm、またはその一部に制限することができる。本発明による光学観察デバイスの第2の特定の形態では、少なくとも1つのカメラによって撮影される画像でのスペクトル範囲は、480〜600nmまたはその一部に制限される。特に、少なくとも1つのカメラによって撮影される画像でのスペクトル範囲は、500〜550nmまたはその一部に制限することができる。本発明による光学観察デバイスの第3の特定の形態では、少なくとも1つのカメラによって撮影される画像でのスペクトル範囲は、430〜470nmおよび600〜750nm、またはその一部に制限される。特に、少なくとも1つのカメラによって撮影される画像でのスペクトル範囲は、600〜750nmもしくはその一部、例えば620〜750nmもしくはその一部、620〜660nmもしくはその一部、または650〜750nmもしくはその一部に制限することができる。本発明による光学観察デバイスの第4の特定の形態では、少なくとも1つのカメラによって撮影される画像でのスペクトル範囲は、800〜1000nmに制限される。特に、少なくとも1つのカメラによって撮影される画像でのスペクトル範囲は、803〜960nmまたはその一部に制限することができる。上記の全ての特定の形態において、特定のスペクトル範囲は、少なくとも1つのカメラによって撮影される画像でのスペクトル範囲の外にある可視スペクトル範囲の一部である。スペクトル範囲の制限がカメラにおいて課されない場合、スペクトルフィルタをカメラの上流に接続する、または画像処理ユニットをカメラの下流に接続することによって制限が達成される。
本発明による光学観察デバイスでは、撮影された画像を受信するために少なくとも1つのカメラと接続された画像評価ユニットが存在し、画像評価ユニットが、撮影された画像からオーバーレイ画像を生成する。生成されたオーバーレイ画像を表示するために、画像評価ユニットはディスプレイと接続される。光学観察デバイスのこの構成は、特に、生成されたオーバーレイ画像が、カメラによって可視スペクトル範囲外で撮影された物体を再現し、したがって、可視スペクトル範囲内でのオーバーレイ画像をカメラ画像から生成しなければならないときに適している。これは、例えば、赤外スペクトル範囲内で蛍光が観察されるときに当てはまる。この場合、赤外蛍光がカメラによって撮影され、それにより得られる画像は、画像評価ユニットによって、例えばグレースケール画像、または1つもしくは複数の色を有する任意のカラー画像に完全にまたは一部変換され、この画像が次いで、オーバーレイ画像としてディスプレイで再現される。これを実現するために、本発明による光学観察デバイスは、特に、特定のスペクトル範囲が、可視スペクトル範囲またはその一部であり、少なくとも1つのカメラによって撮影される画像でのスペクトル範囲が、赤外スペクトル範囲を含み、特定のスペクトル範囲を成す可視スペクトル範囲または可視スペクトル範囲の一部を含まないように構成することができる。ここで、画像評価ユニットは、カメラによって撮影される画像を、特定のスペクトル範囲を成す可視スペクトル範囲または可視スペクトル範囲の一部での画像に変換し、特定のスペクトル範囲を成す可視スペクトル範囲または可視スペクトル範囲の一部での画像を少なくとも1つのディスプレイに出力するように構成される。観察光線経路とオーバーレイ光線経路との重畳時に電子的に生成されたオーバーレイ画像が物体視野像のサイズおよび位置に合わせられるように、少なくとも1つのディスプレイが構成および/または制御される。ここで、撮影された画像の変換後の、特定のスペクトル範囲を成す可視スペクトル範囲または可視スペクトル範囲の一部での画像は、例えばグレースケール画像または輪郭画像でよい。
本発明による光学観察デバイスでは、観察光線経路は、立体視用光線経路でよい。追加または代替として、オーバーレイ光線経路は、立体視用光線経路でよい。
本発明による光学観察デバイスは、特に手術用顕微鏡として構成することができる。
本発明のさらなる特徴、特性、および利点は、添付図面を参照する例示的実施形態の以下の説明から明らかになろう。
本発明による光学観察デバイスに関する例示的実施形態として手術用顕微鏡を示す概略図である。 本発明による光学観察デバイスを操作するための方法に関する第1の例示的実施形態を説明するための概略図である。 本発明による光学観察デバイスを操作するための方法に関する第2の例示的実施形態を説明するための光学観察デバイスの概略図である。 本発明による光学観察デバイスを操作するための方法に関する第3の例示的実施形態を説明するための光学観察デバイスの概略図である。 本発明の例示的実施形態に関する、物体視野像、カメラ、およびオーバーレイ画像、ならびにオーバーレイ画像を重畳された物体視野像の強度特性を示す図である。
図1は、本発明による光学観察デバイスに関する一例として、本発明に従って構成された手術用顕微鏡を概略図で示す。手術用顕微鏡1は、物体視野9からの物体視野立体像を見ることができるようにする第1の立体視用部分光線経路5および第2の立体視用部分光線経路7を含む観察光線経路3を備える。さらに、手術用顕微鏡1は、2つのディスプレイ11、13を含み、それらのディスプレイ11、13によって、オーバーレイ立体画像を生成することができる。ビームスプリッタ15は、ディスプレイ11、13から出て立体視用部分光線経路6、8に向かうオーバーレイ光線経路4を観察光線経路3と重畳させるための重畳装置として働く。さらに、手術用顕微鏡1は、2つの接眼レンズ23を有する双眼鏡筒21を含み、場合によってはオーバーレイ立体画像を重畳された物体視野立体像の視覚的観察のために、場合によってはオーバーレイ光線経路を重畳されて観察光線経路が双眼鏡筒21に供給される。さらに、2つのカメラ25、27があり、カメラ25、27にも同様に、場合によってはオーバーレイ光線経路を重畳されて観察光線経路が供給される。
場合によってはオーバーレイ画像を重畳された物体視野像を双眼鏡筒21およびカメラ25、27に供給するために、ビームスプリッタ15は、物体視野像とオーバーレイ画像を重畳することに加えて、オーバーレイ光線経路を重畳された観察光線経路の接眼レンズ分岐経路17およびカメラ分岐経路19が生成されるように観察光線経路およびオーバーレイ光線経路を分割する。このために、ビームスプリッタ15は、観察光線経路3の両方の立体視用部分光線経路5、7およびオーバーレイ光線経路4の両方の立体視用部分光線経路6、8によって通過されるような寸法を有するビームスプリッタキューブとして構成される。対角面で、その面に当たる立体視用部分光線経路はそれぞれ一部反射され、一部透過されて、接眼レンズ分岐経路17とカメラ分岐経路19への分割が行われる。
手術用顕微鏡1は、さらに、広帯域の光源33と、レンズ35として概略的に示される照明光学系とを有する照明装置31を含む。照明装置31が物体視野9を照明する。この例示的実施形態での照明装置31は、広帯域の光源33を装備されているが、追加または代替として、制限された波長範囲内のみで発光する光源を装備されてもよい。
分かりやすくするために、物体視野像を生成する手術用顕微鏡1の投影光学系のうち、主対物レンズ2のみを示す。手術用顕微鏡1が、例えば拡大変換器などのさらなる光学素子を、例えばズームシステムの形態で、または交互に光線経路内に導入可能なレンズ複合体を有する拡大変換器の形態で含むことができることを理解されたい。
この例示的実施形態では、手術用顕微鏡1は、さらに画像評価ユニット37を含み、カメラ25、27によって撮影された立体画像がそこに提供される。図面に示される本発明の特定の変形形態では、立体画像の画像評価ユニット37は、物体視野像にオーバーレイすべき情報を決定し、これらの情報は次いで、物体視野像へのオーバーレイのためにディスプレイ11、13に転送される。しかしまた、画像評価ユニット37は、外部アプリケーションに関する画像評価を提供するためにのみ機能することもある。追加または代替として、ディスプレイ11、13は、画像評価ユニット37からのものではないオーバーレイ画像を生成することができる。このために、ディスプレイ11、13は、制御ユニット38(図示せず)と接続され、制御ユニット38は、オーバーレイすべきデータまたは画像を外部装置から呼び出して、ディスプレイ11、13に供給する。
オーバーレイすべき情報は、例えば、輪郭線、特定の領域の色付けマーキング、表示ラベルなどでよい。
画像評価ユニット37が物体視野像を評価するとき、オーバーレイされた画像またはテキストデータが、この評価を行い難くする、またはさらには不可能にすることがある。観察光線経路3とオーバーレイ光線経路4との重畳のため、およびまたオーバーレイ光線経路4を重畳された観察光線経路3の接眼レンズ分岐経路17およびカメラ分岐経路19の生成のための重畳装置としてビームスプリッタ15を使用するので、オーバーレイ光線経路4を重畳された観察光線経路3がカメラ25、27に供給されるのを回避することができない。ビームスプリッタキューブ15の重畳機能と分割機能を2つの別個のビームスプリッタキューブに分けることはできるが、これは、手術用顕微鏡1の設置スペースの拡大をもたらすことになる。しかしながら、特に手術用顕微鏡では、コンパクトであることが重要な特徴となり、したがって、重畳機能と分割機能を2つのビームスプリッタキューブに分割することは容易には実現可能でない。
カメラ25、27によるオーバーレイ画像の撮影を回避するために、オーバーレイ光線経路4を重畳された観察光線経路3のカメラ分岐経路19内に、スペクトルフィルタ39、41が存在する。さらに、ディスプレイ11、13は、この例示的実施形態では、特定のスペクトル範囲内のみで、例えば青色スペクトル範囲内、緑色スペクトル範囲内、または赤色スペクトル範囲内のみで発光するようにディスプレイ制御部14によって制御され、それにより、ディスプレイ11、13のオーバーレイ画像は、特定のスペクトル範囲内のみで生成される。この例示的実施形態では、この特定のスペクトル範囲は、スペクトルフィルタ39、41によって、オーバーレイ光線経路4を重畳された観察光線経路3のカメラ分岐経路19からフィルタ除去される。このようにして、オーバーレイ光線経路4を重畳された観察光線経路3は、カメラ25、27の位置では、オーバーレイ画像が生成されるスペクトル範囲を含まない。したがって、オーバーレイ画像は、カメラ25、27によって撮影され得ず、その結果、画像評価ユニット37による物体視野像の評価を妨げない。これは、図2に概略的に示されている。この図は、観察光線経路3と、オーバーレイ光線経路4と、オーバーレイ光線経路を重畳された観察光線経路の接眼レンズ分岐経路17およびカメラ分岐経路19と、オーバーレイ画像43を生成するためのディスプレイ制御部14を有するディスプレイ13と、物体視野像45を撮影するためのカメラ25とを示す。見やすくするために、この図では、第2のディスプレイと第2のカメラは省略されている。しかし、ここで、本発明による光学観察デバイスが必ずしも立体視光学観察デバイスとして構成される必要はないことを指摘しておく。この場合、光学観察デバイスは、図2に示されているように1つのカメラと1つのディスプレイのみを含む。
本発明の図2に示される実施形態による光学観察デバイスの動作時、ディスプレイ13によってオーバーレイ画像43が生成され、オーバーレイ画像43は、図1での手術用顕微鏡の場合と同様に、接眼レンズ分岐経路17にもカメラ分岐経路19にも供給される。オーバーレイ画像43は、特定のスペクトル範囲内で生成され、これは、図2に実線で表されている。物体視野像45は、図2に様々な破線で表されている広いスペクトル範囲を含む。物体視野像45を表現する観察光線経路3は、オーバーレイ画像43を表現するオーバーレイ光線経路4と同様に、接眼レンズ分岐経路17にもカメラ分岐経路19にも供給され、したがって、両方の分岐経路において、オーバーレイ光線経路4を重畳された観察光線経路3が存在する。
フィルタ39により、オーバーレイ光線経路4を重畳された観察光線経路3のカメラ分岐経路19から、オーバーレイ光線経路4の特定のスペクトル範囲がフィルタ除去され、それにより、オーバーレイ光線経路4のスペクトル範囲を含まない観察光線経路3のみがカメラに到達する。
観察光線経路3のスペクトル範囲が、オーバーレイ画像が生成される特定のスペクトル範囲も含むとき、このスペクトル範囲のフィルタ除去により、カメラによって撮影される物体視野像45内で変色および/または強度損失が生じる。したがって、変色および/または強度損失をできるだけ小さく保つために、オーバーレイ画像43が生成される特定のスペクトル範囲が、物体視野像45のスペクトル範囲に比べて狭帯域であり、および/またはより低い強度でのみ物体視野像45内に存在すると有利である。それにより、変色および/または強度損失を小さく保つことができる。物体視野像45と、オーバーレイ画像43と、接眼レンズで見ることができるオーバーレイ画像を重畳された物体視野像47とにおける対応するスペクトル強度プロファイル、ならびにカメラ25に到達する光のスペクトル分布に関する例が、図5に示されている。グラフAは、物体視野像45でのスペクトル強度プロファイルを表し、グラフBは、カメラ25に到達するスペクトル範囲を表し、グラフCは、投影画像43が生成されるスペクトル範囲を表す。さらに、グラフDは、接眼レンズ分岐経路17で観察することができる、オーバーレイ画像43を重畳された物体視野像47のスペクトル特性を示す。具体的には、オーバーレイ画像43の特定のスペクトル範囲は、例えば470〜600nm、または470〜600nmの間のより狭いスペクトル範囲でよく、フィルタ39のフィルタ特性は、特定の波長範囲を透過させないように選択される。430〜750nmの範囲内で感度を有するカメラ25が使用されるとき、430〜470nmおよび600〜750nmのスペクトル範囲内で物体視野像の撮影が行われる。特定のスペクトル範囲として、470〜600nmの間のより狭いスペクトル範囲(例えば500〜550nm)が使用される場合、フィルタ39は、このより狭いスペクトル範囲のみを透過させないように構成することができる。このとき、カメラ25による物体視野像の撮影は、430〜500nmおよび550〜750nmのスペクトル範囲内で行うことができる。
オーバーレイ画像43を特定のスペクトル範囲に制限することは、上記のように、特定のスペクトル範囲内のみでオーバーレイ画像が生成されるようにディスプレイ制御部14によってディスプレイ13を制御することによって達成することができる。代替として、ディスプレイ13は、特定のスペクトル範囲内のみで、例えば青色スペクトル範囲内、緑色スペクトル範囲内、または赤色スペクトル範囲内のみで発光することができるように構成することができる。このために、ディスプレイ13は、例えば、青色、緑色、または赤色LEDのみから構成することができる。しかし、ディスプレイによって生成されるオーバーレイ画像43をディスプレイ制御部14による適切な制御によって特定のスペクトル範囲に制限することは、融通性がより高いので有利である。
本発明の第2の実施形態が図3に示されている。図2からの要素に対応する要素は、図2と同じ参照符号で表されており、繰返しを避けるために改めては説明しない。したがって、第2の実施形態の説明は、第1の実施形態との相違点のみに限定する。
図2に示される第1の実施形態とは異なり、図3に示される第2の実施形態では、特定のスペクトル範囲へのオーバーレイ画像43のスペクトル範囲の制限は、ディスプレイ13の下流に接続されたスペクトルフィルタ24によって行われ、スペクトルフィルタ24は、特定のスペクトル範囲のみを通過させる。さらに、図示される実施形態では、オーバーレイ光線経路4を重畳された観察光線経路3のカメラ分岐経路19内にスペクトルフィルタが存在しない。その代わり、ディスプレイ13によってオーバーレイ画像43が生成される特定のスペクトル範囲内でカメラ125が非常に限られた感度、または好ましくは不感性を有するように、特定のスペクトル範囲とカメラ125のスペクトル感受性とが互いに調整される。例えば、オーバーレイ画像は、400〜475nmの波長範囲内で生成することができ、このとき、カメラ125は、例えば525〜700nmの範囲の限られた感度を有する。代替の可能な手段は、オーバーレイ画像を400〜700nmのスペクトル範囲、すなわち可視スペクトル範囲内で生成し、カメラ125として、その感度が赤外スペクトル範囲内、特に800〜1000nmの間の範囲内にあるカメラを使用することである。当然、オーバーレイ画像が生成される特定のスペクトル範囲と、カメラ125が感度を有するスペクトル範囲との別の組合せも可能である。
本発明の第3の実施形態が図4に示されている。図3と同様に、図4でも、図2からの要素に対応する要素は図2と同じ参照符号で表されており、繰返しを避けるために改めては説明しない。したがって、図4に示される実施形態の説明も、図2に示される実施形態との相違点に限定する。
図4に示される第3の実施形態は、フィルタ39がない点で、図2に示される実施形態とは異なる。その代わり、画像処理ユニット49がカメラ25の下流に配置され、画像処理ユニット49は、カメラ25によって撮影された画像から、オーバーレイ画像43が生成される特定のスペクトル範囲を除去する。特定のスペクトル範囲の除去後に、カメラ25によって撮影された画像45が画像評価ユニット37に供給される。このようにして、画像評価ユニット37は、オーバーレイ画像を含まない物体視野像を受信する。
図2〜図4に示される実施形態によらずに、例えば、画像評価ユニット37によって赤外スペクトル範囲内の蛍光画像を可視スペクトル範囲内の画像(例えばグレースケール画像または輪郭画像)に変換し、この可視スペクトル範囲内の画像を、サイズおよび位置が物体視野像45と合わせられるようにディスプレイ13上で再現するために本発明を使用することもできる。カメラ25は、赤外スペクトル範囲内の蛍光画像を撮影するので、カメラ25の感度を赤外スペクトル範囲に制限することができ、それにより、カメラ25は、ディスプレイ13によって可視スペクトル範囲内で表示されるオーバーレイ画像を捕捉しない。このようにすると、カメラによって撮影された赤外線画像は、オーバーレイ画像43によって影響を及ぼされない。それに対し、接眼レンズでは、物体視野像45を可視スペクトル範囲内で見ることができ、この物体視野像45に、赤外蛍光を再現するオーバーレイ画像43、例えば蛍光を表現するグレースケール画像が重畳される。しかし、上記の適用例に加えて、別の適用例、特に、カメラによって撮影される画像とオーバーレイ画像とがどちらも可視スペクトル範囲にある適用例も可能である。例として、蛍光が黄色スペクトル範囲内で閲覧されるとき、オーバーレイ画像を青色スペクトル範囲内で生成することができ、カメラは、例えば(前置フィルタもしくはカメラのスペクトル制限された感度によって)525〜700nmの範囲内のスペクトル特性を有する物体視野像を撮影することができ、または撮影された画像を画像処理によってこのスペクトル範囲に制限することができる。それに対して、接眼レンズによって閲覧される画像は、400〜700nmの全スペクトル範囲を含み、したがって、接眼レンズによって物体視野像とオーバーレイ画像をどちらも見ることができる。
代替として、蛍光画像は、青色スペクトル範囲内でよい。この場合、例えば490〜600nmのスペクトル範囲内にあるオーバーレイ画像を生成することができる。このとき、カメラは、(前置フィルタまたはカメラのスペクトル制限された感度によって)430〜490nmのスペクトル範囲内および600〜750nmのスペクトル範囲内で撮影され、または撮影された画像を画像処理によってこのスペクトル範囲に制限することができる。それに対し、接眼レンズでは、430〜750nmの全スペクトル範囲で画像を見ることができ、すなわちオーバーレイ画像と共に物体視野像を見ることができる。
本発明を、例示的実施形態に基づいて説明の目的で詳細に述べた。1つの実施形態に関して説明した詳細を他の実施形態にも使用することができることを当業者は理解されよう。例えば、図2および図4に関して説明した実施形態において、オーバーレイ画像を特定のスペクトル範囲に制限するために、ディスプレイ制御部による制御の代わりに、図3に関して説明したスペクトルフィルタを使用することができる。それに対応して、図3に関して説明した実施形態において、特定のスペクトル範囲へのオーバーレイ画像の制限を、ディスプレイの適切な制御によって行うこともできる。同様に、それぞれの実施形態において、少なくとも1つのカメラによって撮影される画像でのスペクトル範囲を制限するための上記の方法は、互いに交換可能である。さらに、少なくとも第1および第2のカメラ、ならびに第1および第2のディスプレイを手術用顕微鏡に装備することが可能であり、ここで、ディスプレイによって発生されるオーバーレイ画像の特定のスペクトル範囲は互いに異なり、2つのカメラによって撮影される画像でのスペクトル範囲も互いに異なる。さらに、例示的実施形態では可視スペクトル範囲内で画像を出力する画像評価ユニットは、可視スペクトル範囲内の信号を別の波長の信号に変えることもできる。したがって、本発明は、個々の実施形態に限定されず、添付の特許請求の範囲によってのみ限定されるものとする。
1 手術用顕微鏡
2 主対物レンズ
3 観察光線経路
4 オーバーレイ光線経路
5 立体視用部分光線経路
6 立体視用部分光線経路
7 立体視用部分光線経路
8 立体視用部分光線経路
9 物体視野
11 ディスプレイ
13 ディスプレイ
14 ディスプレイ制御部
15 ビームスプリッタ
17 接眼レンズ分岐経路
19 カメラ分岐経路
21 双眼鏡筒
23 接眼レンズ
24 スペクトルフィルタ
25 カメラ
27 カメラ
29 対角面
31 照明装置
33 光源
35 照明光学系
37 画像評価ユニット
38 制御ユニット
39 スペクトルフィルタ
41 スペクトルフィルタ
43 オーバーレイ画像
45 物体視野像
47 重畳された画像
49 画像処理ユニット
125 カメラ

Claims (16)

  1. 光学観察デバイス(1)を操作するための方法であって、前記光学観察デバイス(1)が、少なくとも1つの接眼レンズ(23)と、少なくとも1つのカメラ(25、27、125)と、物体視野像(45)を表示するための観察光線経路(3)とを備え、前記観察光線経路(3)に、電子的に生成されたオーバーレイ画像(43)を表現するオーバーレイ光線経路(4)が重畳され、ここで、オーバーレイ光線経路(4)を重畳された観察光線経路(3)が、前記少なくとも1つの接眼レンズ(23)に通じる接眼レンズ分岐経路(17)と、前記少なくとも1つのカメラ(25、27、125)に通じるカメラ分岐経路(19)とを有し、前記少なくとも1つのカメラ(25、27、125)が、前記カメラ分岐経路(19)に基づいて画像を撮影し、前記電子的に生成されたオーバーレイ画像(43)が、特定のスペクトル範囲内のみで生成され、または、画像の撮影時に前記少なくとも1つのカメラ(125)によって実質的に撮影されないスペクトル範囲、もしくは前記少なくとも1つのカメラ(25、27)での画像の撮影前に前記カメラ分岐経路(19)から除去されるスペクトル範囲、もしくは前記少なくとも1つのカメラ(25、27)での画像の撮影後に前記少なくとも1つのカメラ(25、27)によって撮影された画像から除去されるスペクトル範囲に制限されることを特徴とする方法。
  2. 前記特定のスペクトル範囲として、物体視野像(45)内に全くない、または低い強度でしかないスペクトル範囲が選択されることを特徴とする請求項1に記載の方法。
  3. 前記特定のスペクトル範囲として、物体視野像(45)のスペクトル範囲に比べて狭帯域のスペクトル範囲であるスペクトル範囲が選択されることを特徴とする請求項1または2に記載の方法。
  4. 前記特定のスペクトル範囲が、可視スペクトル範囲の一部であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の方法。
  5. 前記少なくとも1つのカメラ(25、27、125)によって撮影される画像での前記スペクトル範囲が、475〜510nmおよび525〜700nmもしくはその一部に制限され、前記特定のスペクトル範囲が、前記少なくとも1つのカメラ(25、27、125)によって撮影される画像での前記スペクトル範囲の外にある可視スペクトル範囲の一部であること、
    または
    前記少なくとも1つのカメラ(25、27、125)によって撮影される画像での前記スペクトル範囲が、480〜600nmもしくはその一部に制限され、前記特定のスペクトル範囲が、前記少なくとも1つのカメラ(25、27、125)によって撮影される画像での前記スペクトル範囲の外にある可視スペクトル範囲の一部であること、
    または
    前記少なくとも1つのカメラ(25、27、125)によって撮影される画像での前記スペクトル範囲が、430〜470nmおよび600〜750nmもしくはその一部に制限され、前記特定のスペクトル範囲が、前記少なくとも1つのカメラ(25、27、125)によって撮影される画像での前記スペクトル範囲の外にある可視スペクトル範囲の一部であること、
    または
    前記少なくとも1つのカメラ(25、27、125)によって撮影される画像での前記スペクトル範囲が、800〜1000nmもしくはその一部に制限され、前記特定のスペクトル範囲が、可視スペクトル範囲もしくはその一部であること
    を特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の方法。
  6. 前記オーバーレイ画像(43)が、前記少なくとも1つのカメラ(25、27、125)によって撮影された画像に基づいて生成されることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の方法。
  7. 前記特定のスペクトル範囲が、可視スペクトル範囲またはその一部であり、前記少なくとも1つのカメラ(25、27、125)によって撮影される画像での前記スペクトル範囲が、赤外スペクトル範囲を含み、前記特定のスペクトル範囲を成す可視スペクトル範囲または可視スペクトル範囲の一部を含まず、
    前記カメラ(25、27、125)によって撮影された画像が、前記特定のスペクトル範囲を成す可視スペクトル範囲または可視スペクトル範囲の一部での画像に変換され、前記画像が次いで、前記電子的に生成されたオーバーレイ画像(43)となり、
    前記電子的に生成されたオーバーレイ画像(43)が前記物体視野像(45)のサイズおよび位置に合わせられるように、前記電子的に生成されたオーバーレイ画像(43)を表現する前記オーバーレイ光線経路(4)が前記観察光線経路(3)に重畳される
    ことを特徴とする請求項6に記載の方法。
  8. 前記撮影された画像の変換後の、前記特定のスペクトル範囲を成す可視スペクトル範囲または可視スペクトル範囲の一部での前記画像が、グレースケール画像、1つもしくは複数の色を有するカラー画像、または輪郭画像であることを特徴とする請求項7に記載の方法。
  9. 少なくとも1つの接眼レンズ(23)と、
    画像を撮影するための少なくとも1つのカメラ(25、27、125)と、
    物体視野像(45)を表示するための観察光線経路(3)と、
    電子的なオーバーレイ画像(43)を表現するオーバーレイ光線経路(4)の出発点となる少なくとも1つのディスプレイ(11、13)と、
    前記観察光線経路(3)を前記オーバーレイ光線経路(4)と重畳するための光学重畳装置(15)と、
    前記少なくとも1つの接眼レンズ(23)に通じる、前記オーバーレイ光線経路(4)を重畳された前記観察光線経路(3)の接眼レンズ分岐経路(17)、および前記少なくとも1つのカメラ(25、27、125)に通じる、前記オーバーレイ光線経路(4)を重畳された前記観察光線経路(3)のカメラ分岐経路(19)を形成するためのビームスプリッタ(15)と
    を備え、
    前記電子的に生成されるオーバーレイ画像(43)が、特定のスペクトル範囲内のみで生成され、または特定のスペクトル範囲に制限され、特定のスペクトル範囲内のみでの前記電子的に生成されるオーバーレイ画像(43)の生成のため、または前記特定のスペクトル範囲への前記電子的に生成されるオーバーレイ画像(43)の制限のために、
    前記少なくとも1つのディスプレイ(11、13)が、前記特定のスペクトル範囲内のみで発光することができるディスプレイであり、または
    前記少なくとも1つのディスプレイ(11、13)にディスプレイ制御部(14)が割り当てられ、前記ディスプレイ制御部(14)が、前記電子的に生成されるオーバーレイ画像(43)を生成するために、前記少なくとも1つのディスプレイ(11、13)が前記特定のスペクトル範囲内のみで発光するように前記少なくとも1つのディスプレイ(11、13)を制御し、または
    前記特定のスペクトル範囲のみを通過させるフィルタが、前記少なくとも1つのディスプレイ(11、13)の下流に接続され、
    少なくとも1つのカメラ(25、27、125)によって撮影される画像での前記スペクトル範囲が、
    前記少なくとも1つのカメラ(125)が、前記特定のスペクトル範囲に対して感度がない、もしくは前記特定のスペクトル範囲に対する前記カメラ(125)の感度が、前記カメラによって撮影される別のスペクトル範囲よりもかなり低いこと、または
    前記ビームスプリッタ(15)と前記少なくとも1つのカメラ(25、27)との間に、前記オーバーレイ光線経路(4)を重畳された前記観察光線経路(3)の前記カメラ分岐経路(19)から前記特定のスペクトル範囲をフィルタ除去するためのフィルタ(39)が存在すること、または
    画像処理ユニット(49)が存在し、前記画像処理ユニット(49)が、少なくとも1つのカメラ(25、27)によって撮影された画像から前記特定のスペクトル範囲を除去すること
    によって制限されることを特徴とする光学観察デバイス。
  10. 前記少なくとも1つのカメラ(25、27、125)が、可視スペクトル範囲内および/または赤外スペクトル範囲内で感度を有することを特徴とする請求項9に記載の光学観察デバイス。
  11. 前記少なくとも1つのカメラ(25、27、125)によって撮影される画像での前記スペクトル範囲が、475〜510nmおよび525〜700nmもしくはその一部に制限され、前記特定のスペクトル範囲が、前記少なくとも1つのカメラ(25、27、125)によって撮影される画像での前記スペクトル範囲の外にある可視スペクトル範囲の一部であること、
    または
    前記少なくとも1つのカメラ(25、27、125)によって撮影される画像での前記スペクトル範囲が、480〜600nmもしくはその一部に制限され、前記特定のスペクトル範囲が、前記少なくとも1つのカメラ(25、27、125)によって撮影される画像での前記スペクトル範囲の外にある可視スペクトル範囲の一部であること、
    または
    前記少なくとも1つのカメラ(25、27、125)によって撮影される画像での前記スペクトル範囲が、430〜470nmおよび600〜750nmもしくはその一部に制限され、前記特定のスペクトル範囲が、前記少なくとも1つのカメラ(25、27、125)によって撮影される画像での前記スペクトル範囲の外にある可視スペクトル範囲の一部であること、
    または
    前記少なくとも1つのカメラ(25、27、125)によって撮影される画像での前記スペクトル範囲が、800〜1000nmもしくはその一部に制限され、前記特定のスペクトル範囲が、可視スペクトル範囲もしくはその一部であること
    を特徴とする請求項10に記載の光学観察デバイス。
  12. 前記撮影された画像を受信するために前記少なくとも1つのカメラ(25、27、125)と接続された画像評価ユニット(37)が存在し、前記画像評価ユニット(37)が、前記撮影された画像からオーバーレイ画像(43)を生成し、前記画像評価ユニット(37)が、前記生成されたオーバーレイ画像を表示するためにディスプレイ(13)と接続されることを特徴とする請求項9〜11のいずれか一項に記載の光学観察デバイス。
  13. 前記特定のスペクトル範囲が、可視スペクトル範囲またはその一部であり、前記少なくとも1つのカメラ(25、27、125)によって撮影される画像での前記スペクトル範囲が、赤外スペクトル範囲を含み、前記特定のスペクトル範囲を成す可視スペクトル範囲または可視スペクトル範囲の一部を含まず、
    前記画像評価ユニット(37)が、前記カメラ(25、27、125)によって撮影される画像を、前記特定のスペクトル範囲を成す可視スペクトル範囲または可視スペクトル範囲の一部での画像に変換し、前記特定のスペクトル範囲を成す可視スペクトル範囲または可視スペクトル範囲の一部での前記画像を、前記少なくとも1つのディスプレイ(11、13)に出力するように構成され、
    前記観察光線経路(3)と前記オーバーレイ光線経路(4)との重畳時に前記電子的に生成されたオーバーレイ画像(43)が前記物体視野像(45)のサイズおよび位置に合わせられるように前記少なくとも1つのディスプレイ(11、13)が構成される、および/またはディスプレイ制御部(14)が前記少なくとも1つのディスプレイ(11、13)を制御する
    ことを特徴とする請求項12に記載の光学観察デバイス。
  14. 前記撮影された画像の変換後の、前記特定のスペクトル範囲を成す可視スペクトル範囲または可視スペクトル範囲の一部での前記画像が、グレースケール画像、1つもしくは複数の色を有するカラー画像、または輪郭画像である請求項13に記載の光学観察デバイス。
  15. 前記観察光線経路(3)および/または前記オーバーレイ光線経路(4)が立体視用光線経路であることを特徴とする請求項9〜14のいずれか一項に記載の光学観察デバイス。
  16. 手術用顕微鏡(1)としての形態を特徴とする請求項9〜15のいずれか一項に記載の光学観察デバイス。
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