JP3679052B2 - 光学的観察装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像データが差込（入射して）表示される光学的観察装置、例えば（立体）手術顕微鏡に関する。
【０００２】
【従来の技術】
情報を光学装置の観察野に、差込入射装置によって差込入射または重畳することは、多くの分野でますます適用されている。なぜならこれによりユーザは多くの情報を得ることができるからである。臨床適用では、差込入射によって外科医はさらなる視覚的情報を、手術野への自分の視覚的コンタクトを中断することなく得ることができる。典型的にはこのことは顕微鏡中間画像に付加情報を、例えばディスプレイ、結像光学系、または光学的ビームスプリッタによって、重畳（オーバーレイ）することによって行われる。
【０００３】
ほとんどすべての適用では、オーバーレイされる画像の明るさ、コントラスト、解像度が申し分のない機能に対する重要な品質特性である。オーバーレイを良好に知覚するためには、通常反射される画像信号が、接眼鏡を通して見える対象物の光学結像よりも格段に明るくなければならない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
現在公知の差込表示装置では、画像データ差込の表示がオーバーレイの形態で行われ、単独の画像データ差込表示が同時にまたは交互に（立体）手術顕微鏡の観察野に表示される。ここで差込表示を行うために通常は適切な照明装置が設けられる。この照明装置は、これが相応の制御素子、例えば電気制御器等を備える付加的な絞りを有する場合にだけ制御することができる。差込表示の明るさを制御しないと満足のいくオーバーレイが得られない。
【０００５】
画像データをオブジェクト画像に同時にオーバーレイするためには、対象物照明のためのそれ自体すでに大きな高い光量よりもさらに高い光量が必要である。
【０００６】
本発明者は、公知の装置の欠点を以下の点で認識した。
ｉ）高い光強度のため、対象物画像における非常に微細なデテール差が識別されない。なぜなら散乱、反射およびひいては画像情報の消失が生じるからである。
ii）観察者により得られた画像情報が直接、すなわち対象物から到来する画像なしで観察される場合には、使用される光量が通常は大きすぎ、観察者が眩惑されるか、または差込画像に対する照明の光度を手動で調整しなければならない。
iii）オーバーレイと差込画像だけを観察することとを切り替えることは、制御が行われる多くの場合で、光度の強い対象物メイン照明の制御を介してだけ実現される。しかしこのことには、対象物画像または差込画像での光温度変化と結び付いた公知の欠点がある。
iv）現在公知の、差込画像の光強度制御を行うための方法は全て、差込入射された画像情報の全面にわたって一定の強度を使用する。
【０００７】
本発明の課題は、上記の欠点を回避することにある。より具体的には、差込入射画像情報を妨げられずに連続的に観察することを、観察者がもっぱら差込画像だけを観察するか、またはオーバーレイを観察するかに依存せず、かつ対象物がどれだけの明るさおよびコントラストで結像されるかに依存せずに可能にするよう改善することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、差込画像データに対して比較的に小さな強度を有する第２の光源を使用し、この光源は選択的にそのためにスイッチオンするかまたはスイッチオフすることができ、ないしは対象物光反射を差込画像データに対する光源として使用するか、ないしは対象物光照明の一部を差込画像データに対して使用することによって解決される。即ち、本発明の第１の視点によれば、光学的観察装置（例えば顕微鏡）において対象物画像にオーバーレイされた光学的信号の明るさ制御装置であって、メインビーム路と、メイン対物レンズと、メイン光源と、画像データをメインビーム路に差込入力するためのビームスプリッタとを有する形式の装置において、透過光ディスプレイ又は反射光ディスプレイによる差込画像の照明は、メイン光源および／または前記メイン光源に依存せずに調整可能な差込画像光源によって形成可能であり、メイン光源と差込画像光源との間の切り替えのために光学的プリズムまたはミラーが設けられていることを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
差込画像光源の明るさは電子的に制御され、該光源の光波長が調整可能であることが好ましい。
【００１０】
反射された対象物光の強度は付加的光源または電子的に制御される残留光増幅を介して増幅可能であることが好ましい。
【００１１】
差込画像に対して透過光ディスプレイの代わりに、反射光ディスプレイまたは入射光ディスプレイ［例えばＤ-ＩＬＡディスプレイ( Ｄ - ＩＬＡ（商標）＝ダイレクト ドライブ イメージ ライト アンプリファイア、マルチメディア プロジェクタの一種 )］が設けられていることが好ましい。
【００１２】
反射された対象物光の制御可能部分は、固有の光路を介して透過光ディスプレイまたは入射光ディスプレイに偏向可能であり、対象物はこの上に場合により不鮮鋭に結像可能であることが好ましい。
【００１３】
付加的に本発明の枠内で、透過光ディスプレイ、例えばＬＣＤディスプレイまたは入射光（ないし投下光）ディスプレイ、例えばＤ−ＩＬＡディスプレイを差込画像データに対して使用するかが決定される。
【００１４】
差込画像データに対するＤ−ＩＬＡディスプレイは本発明によりとりわけ良好な光の明るさの点で、記載した他の特徴に依存しないで使用することができる。
【００１５】
このことにより以下のステップで次の改善が達成される。
ａ）第２の光源により差込画像データを強度と色の点で任意に調整することができる。
ｂ）メイン照明源の対象物での反射光を使用することにより、差込入射の明るさが自動的に対象物明るさにより調整される。ここでは本発明の特別の構成により、差込画像データの明るさが、周囲（背景）の明るさないしは対象物のコントラストに依存しないで、いわゆる点ごとに（ピクセルごとに）適合される。これにより初めて、オーバーレイされる画像の各部分領域に対して差込画像明るさの自動的調整が得られる。このようにして例えば差込画像が暗い対象物個所に、そこにオーバーレイされた画像として弱く現れる。
ｃ）反射ディスプレイを使用する場合には、全体差込画像上の強度を線形に変化するために、光増幅を使用することも可能である。
ｄ）全体として、３つの新しい方法の１つを使用することにより、対象物画像の散乱、グレア（過度の明るさ）、および消失が回避される。
ｅ）相対的色温度変化は、対象物画像にも差込画像にも生じない。なぜなら、差込画像の電流強度制御を省略することができるからである。
ｆ）透過光ディスプレイを使用する場合には、差込画像の明るさをそれぞれの対象物明るさに適合できるだけではなく、色も適合することができ、例えば差込画像に対してそれぞれの対象物画像のコントラスト色を使用することができる。
【００１６】
上記の説明は外科医および手術用顕微鏡ないしは外科分野に関連するものである。しかし本発明はこれに制限されず、差込画像を有する他の光学的機器でも使用することができる。これは例えば、スーパーインポーズされた付加情報を有するプロジェクタ、ビデオおよびフォトカメラ、並びに単眼または双眼での適用である。
【００１７】
【実施例】
図１は、メイン照明ビーム路１と、観察装置のメインビーム路２，６と、差込入射画像に対する照明ビーム路３とを概略的に示す。照明ビーム路３はメイン光源１１から発し、ビームスプリッタ１６を介して偏向ユニット１７に達する。偏向ユニットは例えば、回動可能、旋回可能、または回転可能なプリズム７である。本発明では付加的に、明るさと色温度が調整可能である差込画像照明１８，透過光ディスプレイ２１およびそこから生じる差込画像ビーム路４が示されている。これらは再びビームスプリッタ２３を介してメインビーム路へ観察のためにスーパーインポーズ（重畳）される。接眼レンズ光学系１４は、差込画像と対象物画像を観察者１５の目にフォーカスする。従ってディスプレイ２１の照明のために選択的に、メイン光源１１または差込画像照明１８の光を使用することができる。本発明によれば、切換素子、例えばプリズム７が使用される。このプリズムは光源の運動なしで２つの手段を選択することができる。
【００１８】
図２は、対象物で反射された光２，６を透過光ディスプレイ２１に対する照明として使用する本発明の実施例を示す。反射された光はビームスプリッタ２４を介して差込画像に対する照明ビーム路３と観察者ビーム路６とに分割される。本発明の構成によれば、対象物１３の画像は少なくとも近似的にディスプレイ２１で結像され、ディプレイ照明をそのピクセルの明るさで最適化する。
【００１９】
図３は、反射光ディスプレイまたは入射光ディスプレイ３２、例えばＤ−ＩＬＡの使用を示す。ここで差込画像に対する照明ビーム路３は偏向ユニット３１を介して使用される。択一的にメイン光源の光を直接、ビームスプリッタ２３により入射光ディスプレイに偏向することができ、これにより偏向ユニット１７が省略される。さらに付加的照明１８を設けることができる。この付加的照明はメイン光源に対して付加的にまたは選択的に光を入射光ディスプレイ３２に送出する。
【００２０】
図４は本発明による反射光または入射光ディスプレイ３２の使用を示す。ここでは反射された対象物光２，６が照明源として使用される。対象物１３が少なくとも近似的にディスプレイに結像されるならば、これによりピクセルに正確な照明制御が行われる。ビーム路２ｂは組み込まれたビームスプリッタ、絞り等を有することができ、これにより対象物画像の光強度を、プリズム２３または３３による照明路２ａと同じ大きさに保持できることが理解されよう。
【００２１】
図３でも図４でも、メインビーム路６への画像の差込入射はスプリッタプリズム２３ないし３３を介して行われる。
【００２２】
機能は次のとおりである：
図１において、メイン光源１１から発した光の一部はビームスプリッタ１６を介して回動可能な偏向ユニット１７、例えばプリズム、ミラー等へ偏向され、そして透過光ディスプレイ２１に偏向される。ディスプレイ２１に発生した画像はビームスプリッタを介してメインビーム路６にオーバーレイされる。本発明によればディスプレイ２１を照明するために、差込画像に対して固有に使用される第２の光源１８を照明ビーム路５を介して使用することができる。このことは、メイン光源１１に依存せずに差込画像に対して明るさおよび／または色温度調整を可能にする。
【００２３】
図２から分かるように、メイン光源１１の代わりにディスプレイ照明に対して対象物１３で反射された光２，６が使用され、この光はスプリッタプリズム２４によって偏向ユニット１７へ分割される。シャッター１９によって基本明るさを低減することができ、散乱ユニット２５，例えば散乱ディスクによって差込画像の結像鮮鋭度を低減することができる。この構成によって本発明では、差込画像の部分領域の明るさを調整しなくても良い。なぜなら、対象物で反射された光がこの機能を引き継ぐからである。反射光と付加的光源１８との組合せも本発明の変形実施例の枠内である。
【００２４】
図３と図４では、図１と図２に示された透過光ディスプレイ２１の代わりに反射光ディスプレイ３２が使用される。この反射光ディスプレイは、メイン光源１１によりビームスプリッタ１６と偏向プリズム３１（図３）を介して、または対象物１３で反射された光２，６によりスプリッタプリズム３３を介して照明される（図４）。画像の差込入射はスプリッタプリズム３３の反射面３４と３６で行われる。この構成は、光の明るさがとりわけ良好であるので適する。これはまた他の記述の特徴（構成要素）に依存しないで使用される。
【００２５】
【発明の効果】
本発明の請求項１の構成（基本構成）により、差込入射画像情報を妨げられずに連続的に観察することを、観察者がもっぱら差込画像だけを観察するか、またはオーバーレイを観察するかに依存せず、かつ対象物がどれだけの明るさおよびコントラストで結像されるかに依存せずに可能にする。さらに、各従属請求項の構成により夫々、各別の個別的効果が付加される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示す概略図である。
【図２】本発明の実施例を示す概略図である。
【図３】本発明の実施例を示す概略図である。
【図４】本発明の実施例を示す概略図である。
【符号の説明】
１ メイン照明ビーム路
２ 対象物ビーム路
３ 差込（入射）画像のための照明ビーム路メイン光源
４ 差込画像ビーム路
５ 付加的な差込画像光源のビーム路
６ メインビーム路
７ 切替矢印
１１ メイン光源
１２ メイン対物レンズ
１３ 対象物
１４ 接眼レンズ光学系
１５ 観察者
１６ メイン光源の照明ビームスプリッタ
１７ 偏向ユニット（回動可能）、例えばプリズムまたはミラー
１８ 差込画像光源、例えばＬＥＤ
１９ スーパーインポーズシャッター（絞り）
２０ ディスプレイ光学系
２１ 透過光ディスプレイ（例えばＬＣＤ）
２２ 差込画像光学系
２３ 差込画像をスーパーインポーズするためのビームスプリッタ
２４ 反射された対象物光の照明ビームスプリッタ
２５ 散乱素子（例えば散乱ディスク）
３１ 差込画像照明に対する偏向プリズム
３２ 反射光ディスプレイ（例えばＤ−ＩＬＡディスプレイ）
３３ 差込画像照明とメインビーム路への差込画像に対する偏向プリズム
３４ 差込画像に対する反射面
３５ 反射された対象物光のスプリッタ面
３６ シャッタ
３７ 反射性ピクセル電極（信号／ドライバＩＣ／偏光層）
３８ 液晶層
３９ 透明電極
４０ ガラス

Claims (4)

1. 対象物画像にオーバーレイされた光学的信号の明るさ制御装置であって、メインビーム路（１，２，６）と、メイン対物レンズ（１２）と、メイン光源（１１）と、画像データをメインビーム路（６）に差込入力するためのビームスプリッタ（２３）とを有する形式の装置において、
   透過光ディスプレイ（２１）又は反射光ディスプレイ（３２）による差込画像（４）の照明は、メイン光源（１１）および／または前記メイン光源に依存せずに調整可能な差込画像光源（１８）によって形成可能であり、
   メイン光源と差込画像光源（１８）との間の切り替えのために光学的プリズム（１７）またはミラーが設けられている、
   ことを特徴とする装置。
2. 差込画像光源（１８）の明るさは電子的に制御され、該光源の光波長が調整可能である。請求項１記載の装置。
3. 反射された対象物光の強度は付加的光源または電子的に制御される残留光増幅を介して増幅可能である、請求項１または２記載の装置。
4. 反射された対象物光の制御可能部分は、固有の光路（３）を介して透過光ディスプレイまたは反射光ディスプレイに偏向可能であり、対象物は該透過光ディスプレイまたは該反射光ディスプレイ上に結像可能である、請求項１から３までのいずれか１項記載の装置。

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