WO2000034816A1 - Bilderzeugendes system mit zoomobjektiv - Google Patents
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- G21K1/065—Arrangements for handling particles or ionising radiation, e.g. focusing or moderating using diffraction, refraction or reflection, e.g. monochromators using refraction, e.g. Tomie lenses
Definitions
- Lenses with a fixed focal length are used in all known imaging systems of imaging systems.
- the known systems thus have the disadvantage that they do not allow an enlarged section of the image on the screen, nor the adaptation of the generated image to different image recorders or the taking into account of manufacturing tolerances.
- This design has the advantage that a highly opened zoom lens can be created, in particular for medical X-ray diagnostics, in which the brightness that is transmitted to the image sensor changes only slightly over the entire image field. The The change is still extremely small when the system is dimmed. This not only compensates for manufacturing tolerances so that there is no variation in the image size after the image sensor, but above all it is also possible to selectively enlarge sections without changing the image generated by the X-ray tube, etc.
- the design according to the invention makes it possible in particular to create a zoom lens with an object angle of approximately 6 to 10 ° and a light intensity of 1: 1.4 to 1: 1.7 depending on the focal length set.
- FIGS. 1a to 1d A first exemplary embodiment of the zoom lens used in an image-producing system according to the invention is shown in FIGS. 1a to 1d.
- the imaging system used in this imaging system is preferably - but without restricting the general inventive concept - a so-called tandem system, to which a collimator lens (not shown in FIGS the imaged virtual image is imaged by the zoom lens shown on an image sensor which is arranged in the image plane B on the right in the figures.
- the first exemplary embodiment is a zoom lens with five elements 1 ... 5, which have positive, negative, positive, positive and positive refractive power in the imaging direction, ie seen from the screen or from the collimator lens (not shown).
- the physical diaphragm B1 of the zoom lens is shown in dashed lines to the left of the first lens group 1.
- the focal length in arbitrary units, for example mm, is in the position in
Abstract
Beschrieben wird ein bilderzeugendes System, insbesondere zur medizinischen Diagnostik, mit einer bildgebenden Einheit, wie einer Röntgenröhre, die auf einem Schirm ein Bild erzeugt; einem Abbildungssystem, in dessen Objektebene der Schirm angeordnet ist; und einem Bildaufnehmer, wie einem CCD-Element, der in der Bildebene des Abbildungssystems angeordnet ist. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass das Abbildungssystem ein Zoomobjektiv (1-5) aufweist.
Description
BILDERZEUGENDES SYSTEM MIT ZOOMOBJEKTIV
BESCHREIBUNG
Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf ein bilderzeugendes System insbesondere zur medizinischen Diagnostik.
Derartige Systeme können beispielsweise Röntgensysteme, aber auch alle mit anderen Strahlungsarten bzw. Wellen arbeitenden Systeme sein, solange diese Systeme ein Bild eines Körpers, eines Ziel- bzw. Beobachtungsbereichs oder eines Werkstücks etc. im infraroten, sichtbaren oder ultravioletten Spektralbereich auf einem Schirm erzeugen, der eben oder gekrümmt sein kann. Diese Systeme werden in der medizinischen Diagnostik, aber auch in der Werkstückuntersuchung, bei militärischen Geräten etc. eingesetzt.
Ziel aller derartiger Systeme ist die Umwandlung des Bildes der bildgebenden Einheit, also beispielsweise des Röntgenschattens, in ein sichtbares Bild, das heller als das ursprüngliche Bild ist.
Stand der Technik
Die bekannten gattungsgemäßen Systeme weisen eine bildgebende Einheit, wie eine Röntgenröhre auf, die auf einem Schirm ein Bild erzeugt. Zur Abbildung des Schirmbildes ist ein Abbildungssystem vorgesehen, in dessen Objektebene (bzw. gekrümmter Objektfläche) der Schirm
angeordnet ist. Das Abbildungssystem bildet das Schirmbild auf einen Bildaufnehmer ab, der in der Bildebene des Abbildungssystems angeordnet ist. Der Bildaufnehmer kann ein CCD-Bildaufnehmer, aber auch jeder sonstige beliebige Bildaufnehmer sein, wie beispielsweise eine Röhre oder ein sonstiger Halbleitersensor. Bzgl . der Ausbildung der bildgebenden Einheit und des Bildaufnehmers wird auf den äußerst umfangreichen Stand der Technik verwiesen, hinsichtlich dessen die vorstehende und die nachfolgende Beschreibung, die sich im wesentlichen auf das Abbildungssystem bezieht, nicht einschränkend ist .
Für das Abbildungssystem sind die verschiedensten Systeme bzw. Ausbildungen bekannt:
Beispielsweise gibt es sogenannte Tandemsysteme, bei denen das Bild auf dem Schirm von einem Kollimatorobjektiv ins "unendliche" abgebildet wird. Das virtuelle Bild wird von einem weiteren Objektiv, manchmal auch als TV-Objektiv bezeichnet, auf den Bildaufnehmer abgebildet. Das Bild auf dem Bildaufnehmer - manchmal auch als Sensor bezeichnet - ist dann die Grundlage für die weitere (nachfolgende) Bildverarbeitungskette, die nicht Gegenstand der vorliegenden Anmeldung ist.
Die Tandemsysteme haben den Vorteil, daß die Zuordnung zwischen dem Kollimatorobjektiv und dem TV-Objektiv vergleichsweise unkritisch ist. Des weiteren können zwischen den Objektiven weitere Abbildungselemente, wie beispielsweise Spiegel, Teilerspiegel oder Prismen für
den Abgriff eines weiteren Abbildungskanals angeordnet werden.
Ferner sind Abbildungssysteme bekannt, bei denen das Bild auf dem Schirm ohne den Zwischenschritt der Abbildung ins "unendliche" auf den Bildaufnehmer abgebildet wird. Derartige Abbildungssysteme sind beispielsweise in der DE 44 38 458 AI. Auf diese Druckschrift wird im übrigen zur Erläuterung aller hier nicht näher beschriebenen Einzelheiten ausdrücklich verwiesen.
Bei allen bekannten Abbildungssystemen von bilderzeugenden Systemen werden Objektive mit fester Brennweite verwendet. Damit weisen die bekannten Systeme den Nachteil auf, daß sie weder eine Ausschnittsvergrößerung des Bildes auf dem Schirm noch die Anpassung des erzeugten Bildes an unterschiedliche Bildaufnehmer bzw. die Berücksichtigung von Fertigungstoleranzen erlauben.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Abbildungssystem für ein bilderzeugendes System anzugeben, das zumindest die Anpassung des erzeugten Bildes an unterschiedliche Bildaufnehmer bzw. die Berücksichtigung von Fertigungstoleranzen erlaubt. Insbesondere soll das erfindungsgemäße Abbildungssystem eine Ausschnittsvergrößerung des Schirmbildes ermöglichen, wie dies gerade in der medizinischen Diagnostik von Vorteil wäre.
Eine erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im Patentanspruch 1 angegebenen. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Erfindungsgemäß weist das zur Abbildung des Schirmbildes vorgesehene Abbildungssystem ein Zoomobjektiv auf. Das Zoomobjektiv erlaubt je nach Größe der Variation der Brennweite zumindest eine Anpassung des tatsächlichen Schirmbildes an den tatsächlichen Bildaufnehmer, bei größerer Variation der Brennweite eine Ausschnittsvergrößerung des Schirmbildes. Damit kann beispielsweise ein Arzt einen ihn interessierenden Bereich durch eine entsprechende Vergrößerung des Bildes des Bildaufnehmers "heranholen". Diese Vorgehensweise ist wesentlich günstiger als eine reine elektronische Vergrößerung des Bildes des Bildaufnehmers, da "weniger Details verlorengehen" als bei einer elektronischen Vergrößerung.
Besonders bevorzugt ist die erfindungsgemäße Vorgehensweise bei einem an sich bekannten Tandemsystem. Ein derartiges System weist in an sich bekannter Weise ein Kollimatorobjektiv, das das Bild auf dem Schirm ins Unendliche abbildet, und das Zoomobjektiv auf, das das virtuelle Bild des Kollimatorobjektivs auf den Bildaufnehmer abbildet. Erfindungsgemäß ist es bei einem derartigen Tandemsystem wesentlich, daß die physikalische Blende des Zoomobjektivs (in Abbildungsrichtung) vor der ersten Linse des Zoomobjektivs liegt:
Diese Ausbildung hat den Vorteil, daß ein hochgeöffnetes Zoomobjektiv insbesondere für die medizinische Röntgendiagnostik geschaffen werden kann, bei dem die Helligkeit, die auf den Bildaufnehmer übertragen wird, sich über das gesamte Bildfeld nur gering ändert. Die
Änderung ist weiterhin beim Abblenden des Systems äußerst gering. Damit können nicht nur Fertigungstoleranzen kompensiert werden, so daß sich nach dem Bildaufnehmer keine Variation der Bildgröße ergibt, vor allem ist es aber auch möglich, gezielt Ausschnittsvergrößerungen ohne Änderung des Bildes, das von der Röntgenröhre etc. erzeugt wird, vorzunehmen.
Die erfindungsgemäße Ausbildung ermöglicht es insbesondere, ein Zoomobjektiv mit einem Objektwinkel von ca. 6 bis 10° und einer Lichtstärke von 1:1,4 bis 1:1,7 in Abhängigkeit von der eingestellten Brennweite zu schaffen.
Das erfindungsgemäße Zoomobjektiv kann insbesondere in der Ausgestaltung nach Anspruch 2 auf die verschiedensten Arten realisiert werden:
So ist es gemäß Anspruch 4 möglich, daß das Zoomobjektiv drei Glieder aufweist, die (in Abbildungsrichtung) negative, positive, positive Brechkraft haben. Bei einem derartigen System können die Glieder 1 und 2 in axialer Richtung verschiebbar sein. Die Verschiebung der Glieder 1 und 2 kann zur Variation der Brennweite erfolgen. Ferner kann durch die Verschiebung der Glieder 1 und 2 auch die Fokussierung erfolgen.
Weiterhin ist es alternativ möglich, daß der Bildaufnehmer mit dem Glied 3 fest verbunden ist. Dabei kann der Bildaufnehmer zusammen mit dem Glied 3 zur Fokussierung verschiebbar sein. Ferner kann der Bildaufneh-
mer zusammen mit dem Glied 2 zur Variation der Brennweite verschiebbar sein.
Bei einer weiteren Ausgestaltung weist das Zoomobjektiv vier Glieder auf, die (in Abbildungsrichtung, d.h. betrachtet vom Schirm her) negative, positive, positive und negative Brechkraft haben. Auch bei dieser Ausführungsform kann der Sensor mit dem Glied 4 fest verbunden sein.
Zur Variation der Brennweite und zur Fokussierung sind die verschiedensten Ausführungen möglich:
Beispielsweise können die Glieder 1 und 4 axial zur Variation der Brennweite und zur Fokussierung verschiebbar sein. Ferner können alternativ die Glieder 2 und 4 axial zur Variation der Brennweite und zur Fokussierung verschiebbar sein.
Während sich das Zoomobjektiv mit drei Gliedern aufgrund des vergleichsweise kleinen Brennweiten-Verstellbereichs insbesondere zur Kompensation von Toleranzen eignet, und das Zoomobjektiv mit vier Gliedern einen Kompromiß zwischen den verschiedenen Aufgaben darstellt, ist das in den Ansprüchen 15 folgende beschriebene Zoomobjektiv mit fünf Gliedern besonders für einen großen Brennweiten-Verstellbereich geeignet.
Dieses Zoomobjektiv weist fünf Glieder auf, die in Abbildungsrichtung positive, negative, positive, positive, positive und positive Rechtskraft aufweisen.
Wiederum kann der Bildaufnehmer mit dem Glied 5 fest verbunden sein. Zur Variation der Brennweite können die Glieder 2 und 4 axial verschiebbar sein, während zur Fokussierung die Glieder 2 und/oder 4 und/oder das Glied 5 axial verschiebbar sind.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert, in der zeigen:
Fig. la bis d ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
Fig. 2a bis c ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In den Figuren la bis ld ist ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäß in einem bilderzeugenden System eingesetzten Zoomobjektivs dargestellt. Bei dem in diesem bilderzeugenden System verwendeten Abbildungssystem handelt es sich bevorzugt - jedoch ohne Einschränkung des allgemeinen erfinderischen Gedankens - um ein sogenanntes Tandemsystem, dem ein (in den Fig. la bis ld nicht dargestelltes) Kollimatorobjektiv das Schirmbild ins unendliche abbildet, und das ins unendliche abgebildete virtuelle Bild von den dargestellten Zoomobjektiv auf einen Bildaufnehmer abgebildet wird, der in der in den Figuren rechts befindlichen Bildebene B angeordnet ist.
Bei dem ersten Ausführungsbeispiel handelt es sich um ein Zoomobjektiv mit fünf Gliedern 1...5, die in Abbildungsrichtung, d. h. vom Schirm bzw. vom nicht dargestellten Kollimatorobjektiv her gesehen, positive, negative, positive, positive und positive Brechkraft haben. Links von der ersten Linsengruppe 1 ist gestrichelt die physikalische Blende Bl des Zoomobjektivs eingezeichnet .
Bei dem ersten Ausführungsbeispiel sind die Linsengruppe bzw. Glieder 2 und 4 zur Einstellung der Brennweite des Zoomobjektivs verschiebbar. Gegebenenfalls kann auch die Fokussierung mittels dieser Glieder erfolgen. Alternativ ist es möglich, das Glied 5 zusammen mit dem Bildaufnehmer in der rechts dargestellten Bildebene B zu verschieben. In der folgenden Tabelle 1 sind die Brennweiten der einzelnen Konfigurationen gemäß den Teilbildern a bis d aufgelistet:
Tabelle 1
Teilbild a 40, 89
Teilbild b 50,85
Teilbild c 60, 6
Teilbild d 63,11
Die Angabe der Brennweiten erfolgt in willkürlichen Einheiten, beispielsweise in mm. Die Lichtstärke ändert sich von Teilbild a bis Teilbild d von 1:1,4 auf 1:1,7.
In der nachfolgenden Tabelle 2 sind die Linsenradien Ri für die einzelnen Flächen i, die Linsendicken Di bzw. die Luftabstände Di zwischen den Flächen i und i+1 sowie die Glasmaterialien für die Konfiguration, d.h. die Einstellung der Glieder 2 und 4 gemäß Teilbild a angegeben. Die Linsenradien sowie die Dicken und Luftabstände, deren Zählung bei der Blende mit „0" beginnt, sind ebenfalls im willkürlichen Einheiten, beispielsweise mm angegeben, gerundet auf eine Stelle hinter dem Komma, wobei die Berechnung mit wesentlich höherer Ge- nuaigkeit erfolgt ist. Die Angabe der Glasmaterialien bezieht sich beispielsweise auf die Schott-Nomenklatur.
Tabelle 2
RO = unendlich (Blende Bl)
DO = 2,0 Luft RI = 94,4
Dl = 6,3 LaFN21 R2 = -107,4
D2 = 3,8 SF6 R3 = unendlich
D3 = 2,4 Luft R4 = -134,0
D4 = 4,6 SF6
R5 = - 44,5
D5 = 3,2 LF5
R6 = 91,0
D6 = 5,8 Luft
R7 = - 44,2
D7 = 3,4 FK5
R8 = - 98,7
D8 = 32,8 Luft
R9 = 193,5
D9 = 4,5 LaFN21
R10= unendlich
D10= 1 Luft
Rll= 77,9
Dll= 6,2 LaH64
R12= unendlich
D12= 4,4 Luft
R13= - 53,6
D13= 4,4 SF57
R14= 330,4
D14= 6,5 LaFN21
R15= - 82,1
D15= 1,0 Luft
R16= 77,9
Dl 6= 6,2 LaFN21
R17= unendli -ch
D17= 17,4 Luft
R18= 65,7
D18= 7,0 LaFN21
R19= -250,5
Dl 9= 1,0 Luft
R20= 27,7
D20= 6,2 LaFN21
R21= 77,2
D21= 1,6 Luft
R22= unendli .ch
D22= 3,0 SF57
R23= 20,8
D23= 5,9 Luft
R24= unendli .ch
D24= 2,2 BK7
R25= unendli .ch
D25= 2,8 Luft
R26= unendli .ch
D26= 1,0 ZKN7
R27= unendli .ch
D27= 1,5 Luft
RB = unendli .ch
Das in den Fig. la bis ld dargestellte erste Ausführungsbeispiel hat - wie Tabelle 1 entnehmen ist -einen vergleichsweise großen Verstellbereich für die Brennweite und eignet sich damit insbesondere für AusschnittsVergrößerungen.
Bei dem in den Fig. 2a bis 2c dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel, das vier Linsengruppen 1...4 auf-
weist, ist der Verstellbereich für die Brennweite wesentlich geringer.
Die Brennweite in willkürlichen Einheiten, beispielsweise mm beträgt bei der Stellung in
Teilbild a 33, 05
Teilbild b 34,32
Teilbild c 31,83
Das zweite Ausführungsbeispiel, bei dem die Linsengruppen bzw. Glieder 2 und 4 zur Brennweiten-Verstellung verschiebbar sind, eignet sich damit insbesondere zur Anpassung des Bildfeldes an unterschiedliche Bildaufnehmer bzw. zur Kompensation von Fertigungstoleranzen. Die vierte Linsengruppe 4 kann dabei insbesondere in Verbindung mit dem Bildaufnehmer zur Fokussierung verschoben werden.
Vorstehend ist Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens beschrieben worden. Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird insbesondere auf die Figuren und den in die Figuren eingezeichneten Strahlengang verwiesen.
Claims
Bilderzeugendes System insbesondere zur medizinischen Diagnostik, mit einer bildgebenden Einheit, wie einer Röntgenröhre, die auf einem Schirm ein Bild erzeugt, einem Abbildungssystem, in dessen Objektebene der Schirm angeordnet ist, und einem Bildaufnehmer, wie einem CCD-Element, der in der Bildebene des AbbildungsSystems angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Abbildungssystem ein Zoomobjektiv aufweist.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abbildungssystem in an sich bekannter Weise ein Kollimatorobjektiv, das das Bild auf dem Schirm ins Unendliche abbildet, und das Zoomobjektiv aufweist, das das virtuelle Bild des Kollimatorobjektivs auf den Bildaufnehmer abbildet, und daß die physikalische Blende des Zoomobjektivs (in Abbildungsrichtung) vor der ersten Linse des Zoomobjektivs liegt.
System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Zoomobjektiv einen Objektwinkel von ca. 8 bis 10° und eine Lichtstärke von 1:1,4 bis 1:1,7 in /Abhängigkeit von der eingestellten Brennweite aufweist.
4. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Zoomobjektiv drei Glieder aufweist, die (in Abbildungsrichtung) negative, positive, positive Brechkraft haben.
5. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Glieder 1 und 2 in axialer Richtung verschiebbar sind.
6. System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschiebung der Glieder 1 und 2 zur Variation der Brennweite erfolgt.
7. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Verschiebung der Glieder 1 und 2 auch die Fokussierung erfolgt.
8. System nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Bildaufnehmer mit dem Glied 3 fest verbunden ist.
9. System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Bildaufnehmer zusammen mit dem Glied 3 zur Fokussierung verschiebbar ist.
10. System nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Bildaufnehmer zusammen mit dem Glied 2 zur Variation der Brennweite verschiebbar ist.
11. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Zoomobjektiv vier Glieder aufweist, die (in Abbildungsrichtung, d.h. betrachtet vom Schirm her) negative, positive, positive und negative Brechkraft haben.
12. System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor mit dem Glied 4 fest verbunden ist.
13. System nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Glieder 1 und 4 axial zur Variation der Brennweite und zur Fokussierung verschiebbar sind.
14. System nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Glieder 2 und 4 axial zur Variation der Brennweite und zur Fokussierung verschiebbar sind.
15. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Zoomobjektiv fünf Glieder aufweist, die in Abbildungsrichtung positive, negative, positive, positive, positive und positive Rechtskraft aufweisen.
16. System nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Bildaufnehmer mit dem Glied 5 fest verbunden ist.
17. System nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß zur Variation der Brennweite die Glieder 2 und 4 axial verschiebbar sind.
18. System nach einem der Ansprüche 15 besitzen, dadurch gekennzeichnet, daß zur Fokussierung die Glieder 2 und/oder 4 und/oder das Glied 5 axial verschiebbar sind.
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