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WO2021175776A1 - Kopftragbare visualisierungseinheit und visualisierungssystem - Google Patents

Kopftragbare visualisierungseinheit und visualisierungssystem Download PDF

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WO2021175776A1
WO2021175776A1 PCT/EP2021/055034 EP2021055034W WO2021175776A1 WO 2021175776 A1 WO2021175776 A1 WO 2021175776A1 EP 2021055034 W EP2021055034 W EP 2021055034W WO 2021175776 A1 WO2021175776 A1 WO 2021175776A1
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WO
WIPO (PCT)
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head
polarization
visualization unit
channel
portable
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/EP2021/055034
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English (en)
French (fr)
Inventor
Christoph Hauger
Stefan Saur
Christoph Schaeff
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Carl Zeiss Meditec AG
Original Assignee
Carl Zeiss Meditec AG
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Publication date
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Priority claimed from DE102020131029.3A external-priority patent/DE102020131029A1/de
Application filed by Carl Zeiss Meditec AG filed Critical Carl Zeiss Meditec AG
Priority to US17/909,270 priority Critical patent/US11953687B2/en
Priority to CN202180018244.0A priority patent/CN115398312B/zh
Priority to JP2022552670A priority patent/JP7474859B2/ja
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Definitions

  • the present invention relates to a head-portable visualization unit and a visualization system which comprises such a head-portable visualization unit.
  • operating microscopes are used with which the doctor can observe the operating area, which is also known as the operating site (operating site), with a higher magnification.
  • the stereoscopic impression of the surgical site is of essential importance for the success of the surgical procedure.
  • Analog surgical microscopes with stereo optics and an eyepiece eyepiece are regularly used in microsurgery.
  • HMD head-mounted display
  • a first image with a first polarization and at the same time a second image with a second polarization can be displayed, the first polarization being essentially orthogonal to the second polarization.
  • a head-wearable visualization unit which only allows light of the first polarization to pass through to a first eye and only light of the second polarization to the second eye, a stereoscopic image impression results for the viewer of the 3D monitor.
  • DE 102017 123894 B3 proposes a head-portable visualization unit, in particular a (HMD), which comprises a pane and a device for generating an image on the pane.
  • HMD head-portable visualization unit
  • a device for generating an image on the pane When using an HMD to display the three-dimensional image data, different images can be displayed in the two beam paths that lead to the respective eye of the user, so that a stereoscopic image impression can be generated in this way.
  • HMD head-portable visualization unit
  • AR-HMD augmented reality HMD
  • An AR-HMD is understood to mean an HMD in which the user can see both the displayed image data and the natural environment. Partial areas of the natural field of vision of the user of the HMD are specifically darkened before the images can be faded into the beam path for the respective eye in order to increase the visibility of the faded in images in bright surroundings.
  • 3D monitors are preferred for the display of the three-dimensional image data due to their higher resolution and lower latency times compared to the display of the three-dimensional image data.
  • the object of the present invention is to provide an improved head-wearable visualization unit and an improved visualization system.
  • a head-wearable visualization unit with an at least partially light-permeable optical system has a first optical channel, which is assigned to a first eye of a user of the head-wearable visualization unit, and a second optical channel, which is assigned to a second eye of the user.
  • the first optical channel is essentially transparent to optical radiation of a first polarization and essentially impermeable to optical radiation of a second polarization, the first polarization being essentially orthogonal to the second polarization.
  • the second optical channel is essentially transparent to optical radiation of the second polarization and essentially impermeable to optical radiation of the first polarization.
  • a polarizer and a light attenuator are arranged at least in the first optical channel.
  • the light attenuator is arranged in a direction towards the first eye of the user after the polarizer.
  • the permeability for different polarizations can enable the user of the head-wearable visualization unit to perceive images with the corresponding polarization either with the left eye or with the right eye, so that he can get a stereoscopic impression.
  • the orthogonal polarizations can be linear polarizations, for example a horizontal and a vertical polarization, or circular polarization, for example a left-hand circular and a right-hand circular polarization.
  • the head-portable visualization unit can be particularly suitable for use during a surgical procedure.
  • the visualization unit that can be worn with the head can also be referred to as a surgical HMD in this context.
  • the head-worn visualization unit can in particular be designed in such a way that it can be easily disinfected after an operation.
  • the proposed head-portable visualization unit can be designed more easily due to the lack of the need to generate the stereoscopic images in the head-portable visualization unit itself.
  • the head-portable visualization unit can therefore have a lower energy consumption than known head-portable visualization units, so that longer use during the operation or a lighter head-portable visualization unit can be provided with the same battery capacity.
  • the polarizer has a linear polarization filter.
  • the polarization filter can be set up to only allow light with a vertical polarization to pass through.
  • the polarizer comprises a 1/4 plate, the 1/4 plate being arranged in front of the linear polarization filter in the direction of the first eye of the user.
  • the polarizer can be oriented to allow light with a left-hand circular polarization or with a right-hand circular polarization to pass, with light with a linear polarization following the linear polarization filter is present.
  • the light attenuator can have a controllable liquid crystal layer.
  • the liquid crystal layer can comprise one or more controllable liquid crystal pixels. It can thereby be made possible to influence different locations of the liquid crystal layer in terms of their effect on incident light.
  • the light attenuator may have an output linear polarization filter and an input linear polarization filter.
  • the input polarization filter of the light attenuator can be identical to the linear polarization filter of the polarizer. In this way, optical elements of the optical system can optionally be saved. This can enable a lighter design and possibly more cost-effective production of the head-portable visualization unit.
  • the liquid crystal layer can be set up to display additional information in the first channel.
  • liquid crystal pixels can be controlled differently in order to display further parameters to the user of the head-portable visualization unit.
  • a display device is provided with which additional information can be displayed in the first channel.
  • the head-wearable visualization unit can comprise a mirror in order to superimpose the additional information displayed by the display device into the first channel, the mirror being arranged in the direction of the first eye of the user after the light attenuator.
  • a visualization system with a head-portable visualization unit as described above and with a screen is proposed, the screen being set up to display a first image with the first polarization and a second image with the second polarization for stereoscopic reproduction of a sample image.
  • a screen can be used which emits light line by line with a different polarization.
  • the visualization system has a surgical microscope or endoscope, the surgical microscope or endoscope having an image recording device for stereoscopic recording of the sample image.
  • FIG. 1 shows a visualization system
  • Fig. 5 shows an optical system
  • Fig. 7 shows an optical system
  • FIG. 1 shows a visualization system 10000, which comprises a surgical microscope 1004, with which three-dimensional image data of an operating site, not shown here, can be recorded.
  • the surgical microscope 1004 is connected to a control device 1005.
  • the control device 1005 can receive three-dimensional image data from the surgical microscope 1004 and display them on a 3D monitor 1003, for example.
  • a head-portable visualization unit 1001 an operator 1002 can perceive the images displayed on the 3D monitor 1003 stereoscopically.
  • the head-portable visualization unit can be set up to exchange additional information with the control unit 1005. This additional information can also be displayed to the surgeon 1002 if necessary.
  • FIG. 2 shows, by way of example, further details of the visualization unit 1001.
  • the visualization unit 1001 can have a partially light-permeable optical system 200.
  • a first channel can be a first eye of a user 1002 of the head-wearable Be assigned to a visualization unit and a second channel to the other eye of the user 1002.
  • FIG. 2 two variants are shown by way of example with which additional information can be displayed in the respective channels.
  • additional information can be displayed in the respective channels.
  • the head-wearable visualization unit has a first optical channel 3100, which is assigned to a first eye of a user 1002, and a second optical channel 3200, which is assigned to a second eye of the user 1002. Images with a first polarization and a second polarization can be displayed by the screen 1003.
  • the first polarization can be, for example, a vertical polarization, as indicated in FIG. 3 with an arrow pointing upwards, and a horizontal polarization, as indicated in FIG. 3 with circles.
  • the head-wearable visualization unit has a polarizer 3110 in the first optical channel 3100 and a light attenuator 3120 between the polarizer 3110 and the eye of the user 1002.
  • the polarizer 3110 comprises a linear polarization filter 3111, which only allows vertically polarized light to pass.
  • the light attenuator 3120 has an input polarization filter 3121 and an output polarization filter 3123.
  • a liquid crystal layer 3122 is arranged between the input polarization filter 3121 and the output polarization filter 3123, which has a plurality of individually controllable liquid crystal pixels (not shown).
  • the liquid crystal layer 3122 causes a rotation of the vertical polarization, so that after the liquid crystal layer there is a linear combination of a vertical and a horizontal polarization. The degree of rotation can be changed by a corresponding control of the liquid crystal layer 3122.
  • the output polarization filter 3123 ensures that only light with vertical polarization is allowed through. Accordingly, the liquid crystal layer 3122 in combination with the input polarization filter 3121 and the output polarization filter 3123 causes a light attenuation.
  • the second optical channel 3200 comprises a polarizer 3210 with a linear polarization filter 3211 as well as a light attenuator 3210 with a Input polarization filter 3221, a liquid crystal layer 3222 and an output polarization filter 3223.
  • the second channel 3200 is only permeable to light of the horizontal polarization. A channel separation thus takes place, which allows the user of the head-wearable visualization unit to perceive the images displayed by the screen 1003 stereoscopically.
  • the first channel 4100 has a polarizer 4110 and a light attenuator 4120 arranged downstream.
  • the linear polarization filter 4111 of the polarizer 4110 is thus identical to an input polarization filter of the light attenuator 4120.
  • the light attenuator 4120 further comprises a liquid crystal layer 4122 and an output polarization filter 4123.
  • the channel 4100 is again essentially transparent to light with vertical polarization.
  • the optical system also has a second channel 4200 with a polarizer 4210 and a light attenuator 4220.
  • the linear polarization filter 4211 of the polarizer 4210 is again identical to the input polarization filter of the light attenuator 4220.
  • the light attenuator 4220 also has a liquid crystal layer 4222 and an output polarization filter 4223.
  • the second channel 4200 is essentially only permeable to light with horizontal polarization.
  • the optical system of FIG. 4 allows a linear polarization filter to be saved both in the first and in the second channel compared to the optical system in FIG. 3.
  • FIG. 5 shows a further optical system which is suitable for 3-D monitors which generate images with left-hand circular polarization and right-hand circular polarization.
  • the use of circular polarizations offers the user of the head-portable visualization unit the advantage that even when the head is tilted, a clean separation of the images assigned to the left and right channels is still possible.
  • the optical system according to FIG. 5 has a first channel 5100 and a second channel 5200.
  • a polarizer 5110 and a light attenuator 5120 are arranged in the first channel 5100.
  • the polarizer comprises a linear polarization filter 5111 and a 1/4 plate 5112.
  • the linear polarization filter 5111 is arranged between the 1/4 plate 5112 and the eye of the user 1002 of the head-wearable visualization unit.
  • the polarizer 5110 only allows light with right-hand circular polarization to pass through, so that after the polarizer 5110 vertically polarized light is present. With the aid of the input polarizer 5121, the liquid crystal layer 5122 and the output polarization filter 5123, the light arriving in front of the light attenuator 5120 is attenuated.
  • the second channel 5200 has a polarizer 5210 and a light attenuator 5220.
  • the polarizer 5210 comprises a 1/4 plate 5212 and a linear polarization filter 5211 arranged between the 1/4 plate 5212 and the eye of the user 1002 of the head-wearable visualization unit.
  • the polarizer 5210 has the effect that only left circular light can pass the polarizer 5210 and is present as horizontally polarized light after the polarizer 5210.
  • the horizontally polarized light is then attenuated by means of the input polarization filter 5221, the liquid crystal layer 5222 and the output polarization filter 5223.
  • FIG. 6 shows a further example of a head-portable visualization unit which can be used with circular polarization.
  • the optical system of the head-wearable visualization unit in turn has a first channel 6100 and a second channel 6200.
  • the polarizer 6110 of the first channel 6100 and the polarizer 6210 of the second channel 6200 share the same 1/4 plate 6112/6122. Furthermore, the input polarization filter of the light attenuator 6120 is identical to the linear polarization filter 6111 of the polarizer 6110 and the input polarization filter 6211 of the light attenuator 6220 is identical to the linear polarization filter 6211 of the polarizer 6210. Due to the different alignment of the light attenuators 6120 and 6220 with respect to the fast axis of the 1/4 -Plate 6112/6212 only right circular light is transmitted in the first channel 6100 and only left circular light in the second channel 6200.
  • FIG. 7 shows further details of a head-portable visualization unit.
  • the input polarization filter 7111 of the light attenuator 7120 is identical to the linear polarization filter of the polarizer 7110 and the input polarization filter of the light attenuator 7220 is identical to the linear polarization filter 7211 of the polarizer 7210.
  • the light attenuator 7120 of the first channel 7100 is identical to the light attenuator 7220 of the second channel.
  • the optical system according to FIG. 7 also allows a channel separation, so that the user of the head-portable visualization unit can perceive the three-dimensional image data displayed by a screen stereoscopically.

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Abstract

Vorgeschlagen wird eine kopftragbare Visualisierungseinheit (1001) mit einem wenigstens teilweise lichtdurchlässigen Optiksystem (2000), wobei das Optiksystem (2000) einen ersten optischen Kanal (3100), welcher einem ersten Auge eines Verwenders (1002) der kopftragbaren Visualisierungseinheit (1001) zugeordnet ist, und einen zweiten optischen Kanal (3200), welcher einem zweiten Auge des Verwenders (1002) zugeordnet ist, aufweist, wobei der erste optische Kanal (3100) für optische Strahlung einer ersten Polarisation im Wesentlichen durchlässig und für optische Strahlung einer zweiten Polarisation im Wesentlichen undurchlässig ist, wobei die erste Polarisation im Wesentlichen orthogonal zur zweiten Polarisation ist, wobei der zweite optische Kanal (3200) für optische Strahlung der zweiten Polarisation im Wesentlichen durchlässig und für optische Strahlung der ersten Polarisation im Wesentlichen undurchlässig ist, wobei wenigstens im ersten optischen Kanal (3100) ein Polarisator (3110) und ein Lichtabschwächer (3120) angeordnet sind, und wobei der Lichtabschwächer (3120) in einer Richtung zum ersten Auge des Verwenders (1002) hin nach dem Polarisator (3110) angeordnet ist.

Description

Beschreibung
Kopftragbare Visualisierungseinheit und Visualisierungssystem
Die vorliegende Erfindung betrifft eine kopftragbare Visualisierungseinheit und ein Visualisierungssystem, welches eine solche kopftragbare Visualisierungseinheit umfasst.
In der Mikrochirurgie werden Operationsmikroskope eingesetzt, mit welchen der Arzt das Operationsgebietes, welches auch als Operationssitus (OP-Situs) bezeichnet wird, mit höherer Vergrößerung beobachten kann. Neben der Vergrößerung ist der stereoskopische Eindruck vom OP-Situs von wesentlicher Bedeutung für den Erfolg des operativen Eingriffs. Regelmäßig werden in der Mikrochirurgie analoge Operationsmikroskope mit einer Stereooptik und einem Okulareinblick verwendet.
Moderne Operationsmikroskope bieten teilweise alternativ oder ergänzend die Möglichkeit einer digitalen dreidimensionalen Bilderfassung des OP-Situs. Die gewonnenen dreidimensionalen Bilddaten können dann mit einem Bildschirm, insbesondere einem 3D-Monitoren, oder einem Head-Mounted Display (HMD) angezeigt werden. Ein für die Verwendung in einer Operationsumgebung geeignetes HMD kann auch als Surgical Head-Mounted Display bezeichnet werden.
Bei einem 3D-Monitor kann beispielsweise ein erstes Bild mit einer ersten Polarisation und gleichzeitig ein zweites Bild mit einer zweiten Polarisation angezeigt werden, wobei die erste Polarisation im Wesentlichen orthogonal zur zweiten Polarisation ist. Bei Verwendung einer kopftragbaren Visualisierungseinheit, welche nur Licht der ersten Polarisation zu einem ersten Auge und nur Licht der zweiten Polarisation zum zweiten Auge durchlässt ergibt sich für den Betrachter des 3D-Monitors ein stereoskopischer Bildeindruck.
Weiter besteht häufig der Wunsch, dem operierenden Arzt optisch Zusatzinformationen zur Verfügung zu stellen, welcher er auch beim vom Bildschirm abgewandten Blick wahrnehmen kann. Zu diesem Zweck wird beispielsweise in der DE 102017 123894 B3 eine kopftragbare Visualisierungseinheit, insbesondere ein (HMD), vorgeschlagen, welches eine Scheibe und eine Einrichtung zum Erzeugen eines Bildes auf der Scheibe umfasst. Bei der Verwendung eines HMD zur Anzeige der dreidimensionalen Bilddaten können in die zwei Strahlengänge, die zum jeweiligen Auge des Verwenders führen, unterschiedliche Bilder eingeblendet werden, so dass auf diese Weise ein stereoskopischer Bildeindruck erzeugt werden kann. In der US 2019/0339528 A1 wird beispielsweise ein HMD in Form eines Augmented-Reality-HMD (AR-HMD), welches auch als Mixed-Reality-Display bezeichnet wird, offenbart. Unter einem AR-HMD wird ein HMD verstanden, bei welchem der Verwender sowohl eingeblendete Bilddaten als auch das natürliche Umfeld sehen kann. Dabei werden Teilbereiche des natürlichen Sichtfeldes des Verwenders des HMD gezielt abgedunkelt, bevor die Bilder in den Strahlengang für das jeweilige Auge eingeblendet werden können, um die Sichtbarkeit der eingeblendeten Bilder in hellen Umgebungen zu erhöhen.
Es hat sich gezeigt, dass 3D-Monitore für die Darstellung der dreidimensionalen Bilddaten aufgrund höherer Auflösung und geringerer Latenzzeiten gegenüber der Anzeige der dreidimensionalen Bilddaten bevorzugt werden. Gleichzeitig besteht allerdings der Wunsch, Teilbereiche des natürlichen Sichtfelds des Verwenders der kopftragbaren Visualisierungseinheit abzudunkeln, um störende Lichtquellen auszublenden oder die Sichtbarkeit von eingeblendeten Zusatzinformationen zu erhöhen.
Hiervon ausgehend besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine verbesserte kopftragbare Visualisierungseinheit und ein verbessertes Visualisierungssystem anzugeben.
Diese Aufgabe wurde mit dem Gegenstand des Hauptanspruchs und des Nebenanspruchs gelöst. Verteilhafte Ausgestaltungen der Lösung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Vorgeschlagen wird eine kopftragbare Visualisierungseinheit mit einem wenigstens teilweise lichtdurchlässigen Optiksystem. Das Optiksystem weist einen ersten optischen Kanal, welcher einem ersten Auge eines Verwenders der kopftragbaren Visualisierungseinheit zugeordnet ist, und einen zweiten optischen Kanal, welcher einem zweiten Auge des Verwenders zugeordnet ist, auf. Der erste optische Kanal ist für optische Strahlung einer ersten Polarisation im Wesentlichen durchlässig und für optische Strahlung einer zweiten Polarisation im Wesentlichen undurchlässig, wobei die erste Polarisation im Wesentlichen orthogonal zur zweiten Polarisation ist. Der zweite optische Kanal ist für optische Strahlung der zweiten Polarisation im Wesentlichen durchlässig und für optische Strahlung der ersten Polarisation im Wesentlichen undurchlässig. Wenigstens im ersten optischen Kanal sind ein Polarisator und ein Lichtabschwächer angeordnet. Der Lichtabschwächer ist dabei in einer Richtung zum ersten Auge des Verwenders hin nach dem Polarisator angeordnet. Die Durchlässigkeit für unterschiedliche Polarisationen kann es dem Verwender der kopftragbaren Visualisierungseinheit ermöglichen, Bilder mit der entsprechenden Polarisation jeweils entweder mit dem linken Auge oder mit dem rechten Auge wahrzunehmen, so dass er einen stereoskopischen Eindruck erhalten kann. Bei den orthogonalen Polarisationen kann es sich dabei jeweils um lineare Polarisationen, zum Beispiel eine horizontale und eine vertikale Polarisation, oder um zirkulare Polarisation, zum Beispiel eine linkszirkulare und eine rechtszirkulare Polarisation handeln. Die Anordnung des Lichtabschwächers nach dem Polarisator ermöglicht es, Teilbereiche des natürlichen Sichtfelds auszublenden, ohne die für die stereoskopische Wahrnehmung erforderliche Kanaltrennung zu beeinflussen.
Die kopftragbare Visualisierungseinheit kann insbesondere für die Verwendung während eines operativen Eingriffs geeignet sein. Die kopftragbare Visualisierungseinheit kann in diesem Zusammenhang auch als Surgical HMD bezeichnet werden. Die kopftragbare Visualisierungseinheit kann insbesondere so gestaltet sein, dass sie sich nach einem operativen Eingriff einfach desinfizieren lässt. Weiter kann die vorgeschlagene kopftragbare Visualisierungseinheit aufgrund der fehlenden Notwendigkeit, die stereoskopischen Bilder in der kopftragbaren Visualisierungseinheit selbst erzeugen zu müssen, leichter gestaltet werden. Die kopftragbare Visualisierungseinheit kann daher gegenüber bekannten kopftragbaren Visualisierungseinheiten einen geringeren Energieverbrauch aufweisen, so dass bei gleicher Batteriekapazität eine längere Verwendung während der Operation oder eine leichtere kopftragbare Visualisierungseinheit bereitgestellt werden kann.
In einem Ausführungsbeispiel weist der Polarisator einen linearen Polarisationsfilter auf. Beispielsweise kann der Polarisationsfilter dazu eingerichtet sein, nur Licht mit einer vertikalen Polarisation durchzulassen.
Eine andere Ausgestaltung sieht vor, dass der Polarisator ein l/4-Plättchen umfasst, wobei das l/4-Plättchen in der Richtung zum ersten Auge des Verwenders vor dem linearen Polarisationsfilter angeordnet ist. Je nach Orientierung der schnellen Achse des l/4-Plättchens in Bezug auf die Ausrichtung des nachfolgenden linearen Polarisationsfilters kann der Polarisator dazu ausgerichtet sein, Licht mit einer linkszirkularen Polarisation oder mit einer rechtszirkularen Polarisation durchzulassen, wobei nach dem linearen Polarisationsfilter Licht mit einer linearen Polarisation vorliegt. Der Lichtabschwächer kann eine ansteuerbare Flüssigkristallschicht aufweisen. Die Flüssigkristallschicht kann ein oder mehrere ansteuerbare Flüssigkristallpixel umfassen. Dabei kann es ermöglicht werden, unterschiedliche Stellen der Flüssigkristallschicht in ihrer Wirkung auf einfallendes Licht zu beeinflussen.
Der Lichtabschwächer kann einen linearen Ausgangspolarisationsfilter und einen linearen Eingangspolarisationsfilter aufweisen. In Ausführungsbeispielen kann der Eingangspolarationsfilter des Lichtabschwächers mit dem linearen Polarisationsfilter des Polarisators identisch sein. Auf diese Weise können gegebenenfalls optische Elemente des Optiksystems eingespart werden. Dies kann eine leichtere Ausgestaltung und gegebenenfalls kostengünstigere Herstellung der kopftragbaren Visualisierungseinheit ermöglichen.
Die Flüssigkristallschicht kann dazu eingerichtet sein, Zusatzinformation in den ersten Kanal einzublenden. Beispielsweise können Flüssigkristallpixel unterschiedlich angesteuert werden, um dem Verwender der kopftragbaren Visualisierungseinheit weitere Parameter anzuzeigen.
In Ausgestaltungen der kopftragbaren Visualisierungseinheit ist eine Anzeigevorrichtung vorgesehen, mit der Zusatzinformationen im ersten Kanal angezeigt werden können.
Die kopftragbare Visualisierungseinheit kann einen Spiegel umfassen, um die von der Anzeigevorrichtung angezeigten Zusatzinformationen in den ersten Kanal einzublenden, wobei der Spiegel in der Richtung zum ersten Auge des Verwenders hin nach dem Lichtabschwächer angeordnet ist.
Ebenso ist es denkbar, einen Wellenleiter vorzusehen, um die von der Anzeigevorrichtung angezeigten Zusatzinformationen in den ersten Kanal einzublenden, wobei der Wellenleiter in der Richtung zum ersten Auge des Verwenders hin nach dem Lichtabschwächer angeordnet ist. Folglich kann der Lichtabschwächer gerade in einer sehr hellen Umgebung dazu führen, dass die angezeigten Zusatzinformationen besser wahrgenommen werden können.
Weiter wird ein Visualisierungssystem mit einer kopftragbaren Visualisierungseinheit wie sie oben beschrieben ist und mit einem Bildschirm vorgeschlagen, wobei der Bildschirm dazu eingerichtet ist, zur stereoskopischen Wiedergabe eines Probenbildes ein erstes Bild mit der ersten Polarisation und ein zweites Bild mit der zweiten Polarisation darzustellen.
Beispielsweise kann ein Bildschirm verwendet werden, der zeilenweise Licht mit einer unterschiedlichen Polarisation abstrahlt. In einer Ausgestaltung weist das Visualisierungssystem ein Operationsmikroskop oder Endoskop auf, wobei das Operationsmikroskop oder Endoskop eine Bildaufnahmeeinrichtung zur stereoskopischen Aufnahme des Probenbildes aufweist.
Aspekte der Erfindung werden nun anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen Fig. 1 ein Visualisierungssystem;
Fig. 2 eine kopftragbare Visualisierungseinheit;
Fig. 3 ein Optiksystem;
Fig. 4 ein Optiksystem;
Fig. 5 ein Optiksystem;
Fig. 6 ein Optiksystem; und Fig. 7 ein Optiksystem.
Fig. 1 zeigt ein Visualisierungssystem 10000, welches ein Operationsmikroskop 1004 umfasst, mit welchem dreidimensionale Bilddaten eines hier nicht dargestellten OP-Situs aufgenommen werden können. Das Operationsmikroskop 1004 ist mit einer Steuereinrichtung 1005 verbunden. Die Steuereinrichtung 1005 kann dreidimensionale Bilddaten von dem Operationsmikroskop 1004 empfangen und beispielsweise auf einem 3D-Monitor 1003 anzeigen. Mit Hilfe einer kopftragbaren Visualisierungseinheit 1001 kann ein Operateur 1002 die auf dem 3D-Monitor 1003 angezeigten Bilder stereoskopisch wahrnehmen. Die kopftragbare Visualisierungseinheit kann dazu eingerichtet sein, mit der Steuereinheit 1005 Zusatzinformationen auszutauschen. Diese Zusatzinformationen können dabei gegebenenfalls dem Operateur 1002 zusätzlich angezeigt werden.
Fig. 2 zeigt beispielhaft weitere Details der Visualisierungseinheit 1001. Insbesondere kann die Visualisierungseinheit 1001 ein teilweise lichtdurchlässiges Optiksystem 200 aufweisen. Ein erster Kanal kann dabei einem ersten Auge eines Verwenders 1002 der kopftragbaren Visualisierungseinheit zugeordnet sein und ein zweiter Kanal dem anderen Auge des Verwenders 1002.
In der Fig. 2 sind beispielhaft zwei Varianten gezeigt, mit welchen Zusatzinformationen in die jeweiligen Kanäle eingeblendet werden können. Beispielsweise ist denkbar, Bilder von einer Anzeigevorrichtung 2021 über einen teildurchlässigen Spiegel 2022 in den einen Kanal einzublenden. Ebenso kann es allerdings auch möglich sein, Zusatzinformationen mit einer Anzeigevorrichtung 2011, einem Spiegel 2012 und einem Wellenleiter 2013 in den optischen Kanal einzublenden.
Fig. 3 zeigt Elemente einer kopftragbaren Visualisierungseinheit in einem höheren Detailgrad. Die kopftragbare Visualisierungseinheit weist dabei einen ersten optischen Kanal 3100, welcher einem ersten Auge eines Verwenders 1002 zugeordnet ist, und einen zweiten optischen Kanal 3200, welcher einem zweiten Auge des Verwenders 1002 zugeordnet ist, auf. Von dem Bildschirm 1003 können Bilder mit einer ersten Polarisation und einer zweiten Polarisation dargestellt werden. Bei der ersten Polarisation kann es sich beispielsweise um eine vertikale Polarisation, wie es in der Fig. 3 mit einem nach oben gerichteten Pfeil angedeutet ist, und um eine horizontale Polarisation, wie es in der Fig. 3 mit Kreisen angedeutet ist, handeln. Die kopftragbare Visualisierungseinheit weist im ersten optischen Kanal 3100 einen Polarisator 3110 und zwischen dem Polarisator 3110 und dem Auge des Verwenders 1002 einen Lichtabschwächer 3120 auf. Der Polarisator 3110 umfasst einen linearen Polarisationsfilter 3111, welcher nur vertikal polarisiertes Licht passieren lässt. Der Lichtabschwächer 3120 weist einen Eingangspolarisationsfilter 3121 und einen Ausgangspolarisationsfilter 3123 auf.
Zwischen dem Eingangspolarisationsfilter 3121 und dem Ausgangspolarisationsfilter 3123 ist eine Flüssigkristallschicht 3122 angeordnet, die mehrere einzeln ansteuerbare Flüssigkeitskristallpixel (nicht gezeigt) aufweist. Die Flüssigkristallschicht 3122 bewirkt eine Drehung der vertikalen Polarisation, so dass nach der Flüssigkristallschicht eine Linearkombination einer vertikalen und einer horizontalen Polarisation vorliegt. Der Grad der Drehung kann dabei durch eine entsprechende Ansteuerung der Flüssigkristallschicht 3122 geändert werden. Der Ausgangspolarisationsfilter 3123 sorgt dafür, dass nur Licht mit vertikaler Polarisation durchgelassen wird. Dementsprechend bewirkt die Flüssigkristallschicht 3122 in Kombination mit dem Eingangspolarationsfilter 3121 und dem Ausgangspolarisationsfilter 3123 eine Lichtabschwächung.
In vergleichbarer Weise umfasst der zweite optische Kanal 3200 einen Polarisator 3210 mit einem linearen Polarisationsfilter 3211 so wie einen Lichtabschwächer 3210 mit einem Eingangspolarisationsfilter 3221, einer Flüssigkristallschicht 3222 und einem Ausgangspolarationsfilter 3223. Im Unterschied zum ersten Kanal 3100 ist der zweite Kanal 3200 nur für Licht der horizontalen Polarisation durchlässig. Somit findet eine Kanaltrennung statt, die es dem Verwender der kopftragbaren Visualisierungseinheit erlaubt, die vom Bildschirm 1003 angezeigten Bilder stereoskopisch wahrzunehmen.
Fig. 4 zeigt ein weiteres teilweise lichtdurchlässiges Optiksystem mit einem ersten Kanal 4100 und einem zweiten Kanal 4200. Der erste Kanal weist einen Polarisator 4110 und einen nachfolgend angeordneten Lichtabschwächer 4120 auf. Der lineare Polarisationsfilter 4111 des Polarisators 4110 ist damit mit einem Eingangspolarisationsfilter des Lichtabschwächers 4120 identisch. Der Lichtabschwächer 4120 weist weiter eine Flüssigkristallschicht 4122 und einen Ausgangspolarisationsfilter 4123 auf.
Der Kanal 4100 ist wiederum für Licht mit vertikaler Polarisation im Wesentlichen durchlässig. Weiter weist das Optiksystem einen zweiten Kanal 4200 mit einem Polarisator 4210 und einem Lichtabschwächer 4220 auf. Der lineare Polarisationsfilter 4211 des Polarisators 4210 ist wiederum mit dem Eingangspolarisationsfilter des Lichtabschwächers 4220 identisch. Der Lichtabschwächer 4220 weist zudem eine Flüssigkeitskristallschicht 4222 und einen Ausgangspolarisationsfilter 4223 auf. Im Unterschied zum ersten Kanal 4100 ist der zweite Kanal 4200 im Wesentlichen nur für Licht mit horizontaler Polarisation durchlässig.
Das Optiksystem der Fig. 4 erlaubt es gegenüber dem Optiksystem der Fig. 3 sowohl im ersten als auch im zweiten Kanal einen linearen Polarisationsfilter einzusparen.
Fig. 5 zeigt ein weiteres Optiksystem, welches sich für 3D-Monitore eignet, die Bilder mit linkszirkularer Polarisation und rechtszirkularer Polarisation erzeugen. Die Verwendung von zirkularen Polarisationen bietet für den Verwender der kopftragbaren Visualisierungseinheit den Vorteil, dass auch bei gekipptem Kopf eine saubere Trennung der jeweils dem linken und rechten Kanal zugeordneten Bilder möglich bleibt.
Das Optiksystem nach Fig. 5 weist einen ersten Kanal 5100 und einen zweiten Kanal 5200 auf. Im ersten Kanal 5100 sind ein Polarisator 5110 und ein Lichtabschwächer 5120 angeordnet. Der Polarisator umfasst einen linearen Polarisationsfilter 5111 und ein l/4-Plättchen 5112. Der lineare Polarisationsfilter 5111 ist dabei zwischen dem l/4-Plättchen 5112 und dem Auge des Verwenders 1002 der kopftragbaren Visualisierungseinheit angeordnet. Der Polarisator 5110 lässt nur Licht mit rechtszirkularer Polarisation durch, so dass nach dem Polarisator 5110 vertikal polarisiertes Licht vorliegt. Mithilfe des Eingangspolarisators 5121, der Flüssigkristallschicht 5122 und dem Ausgangspolarisationsfilter 5123 wird das vor dem Lichtabschwächer 5120 ankommende Licht abgeschwächt.
In vergleichbarer Weise weist der zweite Kanal 5200 einen Polarisator 5210 und einen Lichtabschwächer 5220 auf. Der Polarisator 5210 umfasst ein l/4-Plättchen 5212 und einen zwischen dem l/4-Plättchen 5212 und dem Auge das Verwenders 1002 der kopftragbaren Visualisierungseinheit angeordneten linearen Polarisationsfilter 5211 auf. Der Polarisator 5210 bewirkt, dass nur linkszirklulares Licht den Polarisator 5210 passieren kann und nach dem Polarisator 5210 als horizontal polarisiertes Licht vorliegt. Das horizontal polarisierte Licht wird anschließend mittels des Eingangspolarisationsfilters 5221, der Flüssigkristallschicht 5222 und des Ausgangspolarisationsfilters 5223 abgeschwächt.
Fig. 6 zeigt ein weiteres Beispiel einer kopftragbaren Visualisierungseinheit, welche mit zirkularer Polarisation verwendet werden kann. Das optische System der kopftragbaren Visualisierungseinheit weist wiederum einen ersten Kanal 6100 und einen zweiten Kanal 6200 auf.
Der Polarisator 6110 des ersten Kanals 6100 und der Polarisator 6210 des zweiten Kanals 6200 teilen sich dabei das gleiche l/4-Plättchen 6112/6122. Weiter ist der Eingangspolarisationsfilter des Lichtabschwächers 6120 identisch zum linearen Polarisationsfilter 6111 des Polarisators 6110 und der Eingangspolarisationsfilter 6211 des Lichtabschwächers 6220 identisch zum linearen Polarisationsfilter 6211 des Polarisators 6210. Aufgrund der unterschiedlichen Ausrichtung der Lichtabschwächer 6120 und 6220 in Bezug auf die schnelle Achse des l/4-Plättchens 6112/6212 wird im ersten Kanal 6100 nur rechtszirkulares Licht durchgelassen und im zweiten Kanal 6200 nur linkszirkulares Licht.
Fig. 7 zeigt weitere Details einer kopftragbaren Visualisierungseinheit.
Ähnlich wie in der Fig. 4 der Eingangspolarisationsfilter des Lichtabschwächers 4120 identisch zum linearen Polarisationsfilter 4111 des Polarisators 4110 ist, ist in dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 7 der Eingangspolarisationsfilter 7111 des Lichtabschwächers 7120 identisch zum linearen Polarisationsfilter des Polarisators 7110 und der Eingangspolarisationsfilter des Lichtabschwächers 7220 identisch zum linearen Polarisationsfilter 7211 des Polarisators 7210. Der Lichtabschwächer 7120 des ersten Kanals 7100 ist identisch zum Lichtabschwächer 7220 des zweiten Kanals. Aufgrund einer unterschiedlichen Ausrichtung der l/4-Plättchen 7112 und 7212 in Bezug auf den linearen Polarisationsfilter 7111/7211 wird im ersten Kanal 7100 einmal Licht, welches mit einer rechtszirkularen Polarisation auf das l/4-Plättchen 7112 fällt im rechten Kanal 7100 durchgelassen und einmal Licht, welches mit einer linkszirkularen Polarisation auf das Lambdaviertelplättchen 7212 trifft, im zweiten Kanal 7200 durchgelassen. Dementsprechend erlaubt auch das optische System gemäß Fig. 7 eine Kanaltrennung, so dass der Verwender der kopftragbaren Visualisierungseinheit die von einem Bildschirm angezeigten dreidimensionalen Bilddaten stereoskopisch wahrnehmen kann.

Claims

Patentansprüche
1. Kopftragbare Visualisierungseinheit (1001) mit einem wenigstens teilweise lichtdurchlässigen Optiksystem (2000), wobei das Optiksystem (2000) einen ersten optischen Kanal (3100), welcher einem ersten Auge eines Verwenders (1002) der kopftragbaren Visualisierungseinheit (1001) zugeordnet ist, und einen zweiten optischen Kanal (3200), welcher einem zweiten Auge des Verwenders (1002) zugeordnet ist, aufweist, wobei der erste optische Kanal (3100) für optische Strahlung einer ersten Polarisation im Wesentlichen durchlässig und für optische Strahlung einer zweiten Polarisation im Wesentlichen undurchlässig ist, wobei die erste Polarisation im Wesentlichen orthogonal zur zweiten Polarisation ist, wobei der zweite optische Kanal (3200) für optische Strahlung der zweiten Polarisation im Wesentlichen durchlässig und für optische Strahlung der ersten Polarisation im Wesentlichen undurchlässig ist, wobei wenigstens im ersten optischen Kanal (3100) ein Polarisator (3110) und ein Lichtabschwächer (3120) angeordnet sind, und wobei der Lichtabschwächer (3120) in einer Richtung zum ersten Auge des Verwenders (1002) hin nach dem Polarisator (3110) angeordnet ist.
2. Kopftragbare Visualisierungseinheit (1001) nach Patentanspruch 1, wobei der Polarisator (3110) einen linearen Polarisationsfilter (3111) umfasst,
3. Kopftragbare Visualisierungseinheit (1001) nach Patentanspruch 2, wobei der Polarisator (5110) ein l/4-Plättchen (5112) umfasst, wobei das l/4-Plättchen (5112) in der Richtung zum ersten Auge des Verwenders vor dem linearen Polarisationsfilter (5111) angeordnet ist.
4. Kopftragbare Visualisierungseinheit (1001) nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, wobei der Lichtabschwächer (3120) eine ansteuerbare Flüssigkristallschicht (3122) aufweist.
5. Kopftragbare Visualisierungseinheit (1001) nach Patentanspruch 4, wobei die Flüssigkristallschicht (3122) ein oder mehrere einzeln ansteuerbare Flüssigkristallpixel aufweist.
6. Kopftragbare Visualisierungseinheit (1001) nach einem der Patentansprüche 1 bis 5, wobei der Lichtabschwächer (3120) einen linearen Ausgangspolarisationsfilter (3123) und einen linearen Eingangspolarisationsfilter (3121) aufweist.
7. Kopftragbare Visualisierungseinheit (1001) nach Patentanspruch 6, wobei der lineare Eingangspolarisationsfilter (4111) des Lichtabschwächers (4120) mit dem linearen Polarisationsfilter (4110) identisch ist.
8. Kopftragbare Visualisierungseinheit (1001) nach einem der Patentansprüche 5 bis 7, wobei die Flüssigkristallschicht (3122) dazu eingerichtet ist, Zusatzinformationen in den ersten Kanal (3100) einzublenden.
9. Kopftragbare Visualisierungseinheit (1001) nach einem der Patentansprüche 1 bis 8, wobei die kopftragbare Visualisierungseinheit (1001) eine Anzeigevorrichtung (2001) zur Anzeige von Zusatzinformationen im ersten Kanal aufweist (3100).
10. Kopftragbare Visualisierungseinheit nach Patentanspruch 9, wobei ein Spiegel (2022) vorgesehen ist, um die von der Anzeigevorrichtung (2021) angezeigten Zusatzinformationen in den ersten Kanal (3100) einzublenden, wobei der Spiegel (2022) in der Richtung zum ersten Auge des Verwenders (1002) hin nach dem Lichtabschwächer (3120) angeordnet ist.
11. Kopftragbare Visualisierungseinheit nach einem der Patentansprüche 9 oder 10, wobei ein Wellenleiter (2013) vorgesehen ist, um die von der Anzeigevorrichtung (2011) angezeigten Zusatzinformationen in den ersten Kanal (3100) einzublenden, wobei der Wellenleiter (2013) in der Richtung zum ersten Auge des Verwenders hin nach dem Lichtabschwächer (3120) angeordnet ist.
12. Visualisierungssystem (1000) mit einer kopftragbaren Visualisierungseinheit (1001) nach einem der Patentansprüche 1 bis 11, und mit einem Bildschirm (1003), wobei der Bildschirm (1003) dazu eingerichtet ist, zur stereoskopischen Wiedergabe eines Probenbildes ein erstes Bild mit der ersten Polarisation und ein zweites Bild mit der zweiten Polarisation darzustellen.
13. Visualisierungssystem (100) nach Patentanspruch 12, wobei die erste Polarisation und die zweite Polarisation zirkulare Polarisationen sind.
14. Visualisierungssystem (1000) nach Patentanspruch 12 oder 13, wobei der Bildschirm (1003) dazu eingerichtet ist, zeilenweise Licht mit einer unterschiedlichen Polarisation abzustrahlen.
15. Visualisierungssystem (1000) nach einem der Patentansprüche 12 bis 14, mit einem Operationsmikroskop (1004) oder Endoskop, wobei das Operationsmikroskop (1004) oder Endoskop eine Bildaufnahmeeinrichtung zur stereoskopischen Aufnahme des Probenbildes aufweist.
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