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Verfahren und Steuereinrichtung zum Justieren und/oder Kalibrieren und/oder Überwachen des Fokuswertes eines optischen Geräts mit Zoomfunktion

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Justieren und/oder Kalibrieren des Fokuswertes eines Operationsmikroskops, eine Steuereinrichtung zum Justieren und/oder Kalibrieren des Fokuswertes eines Operationsmikroskops, ein Operationsmikroskops, ein computerirnplementiertes Verfahren, ein Computerprogrammprodukt, einen computerlesbaren Datenträger und ein Datenträgersignal.

Im Zusammenhang mit optischen Geräten spielt die Justage und die Kalibrierung des Fokus in der Regel eine wichtige Rolle. Dabei wird unter Justage das einmalige Einstellen des Geräts, zum Beispiel im Rahmen von Service oder Montage, und unter Kalibrieren die Anpassung einzelner oder mehrerer Parameter im Rahmen von Service oder Montage oder des Betriebs des Geräts verstanden. Im Zusammenhang mit der Kalibrierung können zum Beispiel Steuerkurven hinterlegt werden, welche später angewandt werden.

Für die Justage und die Kalibrierung von Videomodulen werden üblicherweise sogenannte optische Referenzgeräte verwendet, welche analog oder digital zur Anwendung kommen können. Diese optischen Referenzgeräte versuchen, durch eine strenge mechanische Toleranzkette, also beispielsweise einer festgelegten Positionierung der Optik zu einer Schwalbenschwanzschnittstelle, auf welcher ein optisches Referenzgerät montiert wird, sowohl das optische Zentrum eines Hauptbeobachters als auch die Fokuslage des Hauptbeobachters darzustellen. Der Hauptbeobachter ist bereits vorjustiert. Dieser dient somit in Kombination mit dem optischen Referenzgerät als Referenz, insbesondere für eine Position in einer Bildebene (x-y-Ebene), der Fokuslage und der Rotation. Bei der Justierung des Fokus wird in der Regel angestrebt, dass sich die Fokuswerte, bei welchen der Kontrastwert maximal ist, bei unterschiedlichen Zoomstellungen nur wenig oder gar nicht unterscheiden.

Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein vorteilhaftes Verfahren zum Justieren und/oder Kalibrieren des Fokuswertes eines Operationsmikroskops, eine vorteilhafte Steuereinrichtung zum Kalibrieren des Fokuswertes eines Operationsmikroskops, ein vorteilhaftes Operationsmikroskops, ein computerimplementiertes Verfahren, ein Computerprogrammprodukt, einen computerlesbaren Datenträger und ein Datenträgersignal zur Verfügung zu stellen.

Die genannten Aufgaben werden durch Verfahren zum Justieren und/oder Kalibrieren des Fokuswertes eines Operationsmikroskops gemäß Patentanspruch 1 , eine Steuereinrichtung zum Justieren und/oder Kalibrieren des Fokuswertes eines Operationsmikroskops gemäß Patentanspruch 15, ein Operationsmikroskops gemäß Patentanspruch 16, ein computerimplementiertes Verfahren gemäß Patentanspruch 18, ein erfindungsgemäßes Computerprogrammprodukt, einen erfindungsgemäßen computerlesbaren Datenträger und ein erfindungsgemäßes Datenträgersignal gelöst. Die abhängigen Ansprüche enthalten weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Justieren und/oder Kalibrieren und/oder Überwachen des Fokuswertes eines Operationsmikroskops, welches mindestens ein Objektiv, eine Bilderfassungsvorrichtung, zum Beispiel in Form eines Kamerachips, und ein Zoomsystem umfasst, wobei das optische Gerät dazu ausgelegt ist, in mindestens zwei unterschiedlichen Zoomstellungen, also voneinander abweichenden Zoomstellungen, betrieben zu werden, umfasst folgende Schritte: Bei mindestens zwei unterschiedlichen Zoomstellungen wird jeweils mindestens ein Bild, also eine Abbildung, eines festgelegten Objekts mittels der Bilderfassungsvorrichtung erfasst. Nachfolgend wird mittels des mindestens einen erfassten Bildes eine Mehrzahl an Kontrastwerten in Abhängigkeit von dem Fokuswert bestimmt. Hierbei kann in einer Mehrzahl an Bildern, die jeweils bei unterschiedlichen Fokuswerten erfasst wurden, jeweils mindestens ein Kontrastwert bestimmt werden. Es kann aber auch in einem erfassten Bild eine Mehrzahl an Kontrastwerten bestimmt werden. Dies bietet sich bei einem Bild eines gekippt angeordneten Objekts an.

Bei dem Fokuswert kann es sich um einen relativen Fokuswert oder eine Fokuswertdifferenz handeln. Üblicherweise wird von dem Operationsmikroskop ein Fokuswert ausgegeben, welcher nur von der Position der optischen Elemente des Hauptobjektivs abhängig ist. In diesem Fall kann ein senkrecht zur optischen Achse positioniertes flaches bzw. ebenes Kalibrierobjekt verwendet werden. Bei Operationsmikroskopen mit konstanter Brennweite ist die Verwendung eines zur optischen Achse gekippt angeordneten flachen Kalibrierobjekts von Vorteil. Es kann beispielsweise ein relativer Fokuswert in Form einer Änderung des Fokus oder eines Wanderns des Fokus in Abhängigkeit von der Zoomeinstellung bestimmt, z.B. berechnet, werden. Die Begriffe Zoomstellung und Zoomeinstellung werden im Rahmen der vorliegenden Beschreibung synonym verwendet.

Die Bestimmung der Kontrastwerte kann vorzugsweise durch Bildauswertung erfolgen. Die Bildauswertung kann digital und/oder automatisiert und/oder visuell durchgeführt werden. Hierbei können festgelegte Bildpunkte oder Bildsegmente oder Bildausschnitte ausgewertet werden. In einem weiteren Schritt wird mittels der bestimmten Kontrastwerte für die mindestens zwei Zoomstellungen mindestens ein Sollwert für mindestens einen Parameter zur Justage und/oder Kalibrierung des Fokuswertes des Operationsmikroskops bestimmt. Hierzu kann jeweils der Fokuswert ermittelt werden, bei welchem der Kontrastwert für die jeweilige Zoomstellung maximal ist. Unter einem Parameter zur Justage und/oder Kalibrierung des Fokuswertes des Operationsmikroskops wird eine im Rahmen der Justage und/oder Kalibrierung des Fokuswertes veränderbare Größe verstanden, zum Beispiel der Abstand zwischen dem mindestens einen Objektiv und der Bilderfassungsvorrichtung oder der Abstand einzelner Linsen oder Linsengruppen des Objektivs zueinander.

Das Verfahren kann je nach den zu erfüllenden Anforderungen für alle Zoomstellungen oder nur für eine Mehrzahl an ausgewählten Zoomstellungen durchgeführt werden.

Das Ermitteln des Sollwertes kann das Ermitteln eines Änderungswertes des Fokus, insbesondere einer zoomunabhängigen Fokuslage, des Operationsmikroskops umfassen. Das Ermitteln des Sollwertes, insbesondere des Änderungswertes, kann basierend auf einer Auswertung des Gradienten mindestens einer Kurve, z.B. einer Gerade, erfolgen, welche die Abhängigkeit des Fokuswertes oder einer erfassten Fokusänderung in Bezug auf eine Referenzgröße von der Zoomstellung abbildet. Die Fokusänderung kann z.B. in Bezug auf die Position eines Zoomzentrums oder eines anderen festgelegten objektseitigen Bezugspunktes, z.B. eine Objektmarkierung auf dem Objekt (Kalibrierobjekt), bestimmt werden. Die Fokusänderung kann in beliebigen Einheiten, welche z.B. durch auf dem Objekt abgebildete Elemente definiert sein können, angegeben werden.

Es kann ein funktionaler Zusammenhang, z.B. eine lineare Abhängigkeit, zwischen dem Gradienten und der Fokuslage oder Fokuseinstellung des Operationsmikroskops angenommen oder durch entsprechende Messungen ermittelt werden. Aus dem funktionalen Zusammenhang, z.B. dem Gradienten einer entsprechenden Gerade, kann mittels den für mindestens zwei unterschiedliche Zoomstellungen ermittelten Kontrastwerten bzw. den sich daraus ergebenden absoluten oder relativen Fokuswerten, bei welchen der Kontrast maximal ist, der Sollwert und/oder der Änderungswert unmittelbar berechnet werden. Der Sollwert kann in Form einer Zielfokuslinie oder eines Zielfokusbereichs in einem erfassten Bild des festgelegten Objekts berechnet und/oder bereitgestellt und/oder angezeigt und/oder überwacht werden, z.B. für eine bestimmte Zoomeinstellung. Dies ermöglicht es einem Monteur, entsprechend zu justieren und/oder zu kalibrieren. Das Justieren und/oder Kalibrieren kann bei einer vorgegebenen oder bei einer beliebigen Zoomeinstellung erfolgen.

Bei der Bilderfassungsvorrichtung kann es sich um eine Kamera, zum Beispiel eine Videokamera, handeln. Diese kann einen Kamerachip umfassen. Das Operationsmikroskop kann ein stereoskopisches optisches System aufweisen.

Die vorliegende Erfindung hat den Vorteil, dass ein Operationsmikroskop mit mechanischem Zoomsystem unabhängig von einem Hauptbeobachter und einem optischen Referenzgerät im Fokus eingestellt werden kann. Ein optisches Referenzgerät ist für die Justage und/oder Kalibrierung vom Fokus also nicht notwendig. Die Abweichung von einem Idealgerät, welches auf unendlich abgestimmt ist, also so vorjustiert ist, dass, wenn sich ein Objekt im Fokus befindet, die optischen Strahlen im Vergrößerungssystem parallel sind, ist quantifizierbar, beispielsweise durch die Abweichungen der Fokuswerte, bei denen der Kontrastwert maximal ist. Die Einstellung des Fokus ist zudem unabhängig von einem Hauptbeobachter und somit unabhängig von dessen Fehlen oder dessen subjektiver Bewertung. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass auf die Verwendung eines vermessenen Kalibrierobjekts verzichtet werden kann, da ausschließlich relative Fokuswerte zur Justage und/oder Kalibrierung verwendet werden können.

In einer bevorzugten Variante umfasst das Operationsmikroskop mindestens ein erstes Objektiv, zum Beispiel in Form eines Hauptobjektivs, und ein zweites Objektiv, zum Beispiel in Form eines Videoobjektivs, wobei das zweite Objektiv im Strahlengang zwischen dem ersten Objektiv und der Bilderfassungsvorrichtung angeordnet ist.

In einer vorteilhaften Variante kann basierend auf dem mindestens einen Sollwert mindestens ein Korrekturwert für die relative Position des mindestens einen Objektivs, z.B. des zweiten Objektivs und/oder des ersten Objektivs, und/oder der Bilderfassungsvorrichtung innerhalb des Operationsmikroskops in Bezug auf den Strahlengang ermittelt werden. Der mindestens eine Sollwert kann für jede der mindestens zwei Zoomstellungen jeweils separat ermittelt und/oder festgelegt werden. Der mindestens eine Sollwert kann für die mindestens zwei Zoomstellungen derart ermittelt und/oder festgelegt werden, dass die Differenz der Fokuswerte, bei welchen der Kontrastwert maximal ist, für die mindestens zwei Zoomstellungen geringer ist als ein festgelegter Schwellenwert. Dies hat den Vorteil, dass bei einer Veränderung der Zoomstellung der Fokuswert sich nur geringfügig ändert oder der Fokuswert sich nicht ändert, falls die Differenz gleich Null ist.

Beispielsweise kann basierend auf dem ermittelten Fokuswert, bei welchem der Kontrastwert für die jeweilige Zoomeinstellung maximal ist, mindestens ein Sollwert für mindestens einen Parameter zur Justage und/oder Kalibrierung des Fokuswertes des Operationsmikroskops ermittelt und/oder festgelegt werden. Im Rahmen der Justage wird bevorzugt das zweite Objektiv, also z.B. das Videoobjektiv verschoben, sodass ein entsprechender Sollwert für die Positionierung und/oder Verschiebung ermittelt und/oder festgelegt werden kann. Der mindestens eine Sollwert für jede der mindestens zwei Zoomstellungen kann in einer der zwei Zoomstellungen oder in einer weiteren Zoomstellung ermittelt und/oder festgelegt werden. Sollte sich bei einer Überprüfung herausstellen, dass das Operationsmikroskop richtig justiert ist, wird der Sollwert gleich dem Istwert sein oder innerhalb eines Toleranzbereichs liegen. Dies ermöglicht auch eine Überwachung beziehungsweise Remoteüberwachung des Operationsmikroskops.

In einer vorteilhaften Variante kann mindestens ein Bild einer ebenen Fläche des festgelegten Objekts erfasst werden, wobei die ebene Fläche eine Flächennormale aufweist, die mit der optischen Achse des Objektivs einen Winkel zwischen 0 Grad und 90 Grad, insbesondere einen Winkel zwischen 5 Grad und 85 Grad, zum Beispiel 20 Grad, einschließt. Mit anderen Worten schließt in den zuvor genannten Beispielen die ebene Fläche mit der optischen Achse des Objektivs einen Winkel zwischen 90 Grad und 0 Grad, insbesondere zwischen 85 Grad und 5 Grad, zum Beispiel 70 Grad, ein. Die Verwendung einer ebenen Fläche hat den Vorteil, dass der Abstand eines Objektpunktes zum Objektiv leicht zu ermitteln ist und die Bildauswertung somit vereinfacht wird.

Vorzugsweise handelt es sich bei dem verwendeten Objekt um ein bekanntes Kalibrierobjekt. Dieses kann ein festgelegtes Muster, zum Beispiel Schachbrettmuster, aufweisen. Es wird also vorteilhafterweise bei den mindestens zwei unterschiedlichen Zoomstellungen jeweils mindestens ein Bild eines festgelegten Kalibrierobjekts erfasst, welches bekannte Merkmale aufweist, sodass in der Abbildung kontrastreiche Regionen erkennbar sind. Ist die Geometrie des Kalibrierobjekts bekannt, so sind kontrastreiche Regionen im Bild vorhersehbar. Diese können bestimmt werden und hinsichtlich des Kontrastes ausgewertet werden. Dies verkürzt die Rechendauer. Bei dem Kalibrierobjekt kann es sich beispielsweise um ein Charucoboard handeln. Die genannten Varianten vereinfachen die Bestimmung der Kontrastwerte und bieten eine robuste Lösung im Hinblick auf Fehler durch ein mögliches Rauschen. Es können zum Beispiel auch nur Kontrastwerte in einem festgelegten Bereich der Bildmitte bestimmt und/oder ausgewertet werden. Dies vereinfacht und beschleunigt die Justage und/oder Kalibrierung.

Vorteilhafterweise sind die Abmessungen des Musters, insbesondere die Abmessungen von Elementen des Musters, bekannt oder vorgegeben oder die Abmessungen werden bestimmt. Die Abmessungen können in einer Längeneinheit, z.B. Millimeter, bekannt oder vorgegeben sein oder bestimmt werden. Vorzugsweise ist dabei der Abbildungsmaßstab, z.B. in Form eines Zusammenhangs zwischen der jeweiligen Abmessung mindestens eines Elements des Kalibrierobjekts, z.B. in Millimeter, und in einer Längeneinheit des Kamerachips, z.B. in Pixel, bekannt oder vorgegeben oder wird bestimmt. Wenn die Verkippung des Kalibrierobjekts bekannt oder vorgegeben oder definiert eingestellt oder ermittelt ist, kann mithilfe der Abmessungen und/oder des Abbildungsmaßstabs der Fokuswert relativ zu einem Punkt in der Abbildung, z.B. relativ zum Zoomzentrum, bei welchem der Kontrastwert maximal ist, ermittelt, insbesondere berechnet, werden. Beispielsweise kann die Verkippung des Kalibrierobjekts mithilfe einer Posenschätzung ermittelt werden. Zudem können mittels einer Kamera bei einer Verkippung in einer erfassten Abbildung des Kalibrierobjekts auftretende geometrische Deformationen, z.B. entstehende Trapeze, zur Bestimmung der Verkippung ausgewertet werden. Die beschriebene Ausgestaltung hat den Vorteil, dass der Fokuswert, bei welchem der Kontrastwert maximal ist, und die Abhängigkeit zwischen Kontrastwert und Fokuswert auf einfache Weise und schnell zuverlässig bestimmt werden können.

Bei jeder der mindestens zwei Zoomstellungen kann jeweils bei einer Mehrzahl an Fokuswerten ein Bild des festgelegten Objekts erfasst werden. Dabei können die Fokuswerte mittels eines verstellbaren Fokussystems eingestellt werden. Im Unterschied zu der oben beschriebenen Variante, in welcher die unterschiedlichen Fokuswerte durch die verkippte Anordnung des Kalibrierobjekts in der Abbildung realisiert werden, kann hier die Normale der ebenen Fläche des Kalibrierobjekts einen Winkel von 0° mit der optischen Achse aufweisen. Das Operationsmikroskop muss hierfür mit einem Objektiv mit variabler Brennweite ausgestattet sein. Durch ein entsprechendes Durchfokussieren, welches automatisiert erfolgen kann, kann für jede der mindestens zwei Zoomstellungen eine Wertetabelle und/oder eine Kurve ermittelt werden, welche die Kontrastwerte in Abhängigkeit von dem Fokuswert abbildet. Mittels der Kontrastwertkurven kann der Fokuswert des Operationsmikroskops angepasst werden. Alternativ kann das Kalibrierobjekt entlang der optischen Achse bewegt werden.

In einer vorteilhaften Variante wird der Fokuswert des Operationsmikroskops für jede der mindestens zwei Zoomstellungen jeweils separat, also für jede Zoomstellung einzeln, justiert und/oder kalibriert, sodass der Kontrastwert für jede der mindestens zwei Zoomstellungen maximal ist. Es wird also mit anderen Worten bei einer Änderung der Zoomstellung der Fokuswert nachjustiert bzw. nacheingestellt, z.B. mittels hinterlegter Daten, welche dann im Betrieb dauerhaft zum entsprechenden Einstellen oder Korrigieren des Fokuswerts genutzt werden. Zusätzlich oder alternativ dazu kann in einer weiteren vorteilhaften Variante der Fokuswert des Operationsmikroskops für die mindestens zwei Zoomstellungen so justiert und/oder kalibriert werden, dass die Differenz der Fokuswerte, bei welchen der Kontrastwert maximal ist, für die mindestens zwei Zoomstellungen geringer ist als ein festgelegter Schwellenwert.

Der Fokuswert des Operationsmikroskops kann auf mehrere Arten justiert und/oder kalibriert werden. Zum Beispiel kann der Fokuswert des Operationsmikroskops durch Anpassung des Abstandes zwischen einer Objektebene, zum Beispiel einem festgelegten Objekt, und dem mindestens einen Objektiv, zum Beispiel dem ersten Objektiv, zum Beispiel einem Hauptobjektiv, und/oder dem zweiten Objektiv, zum Beispiel einem Videoobjektiv, justiert und/oder kalibriert werden. In dieser Variante wird also die Schnittweite durch Verschiebung von mindestens einem Objektiv und/oder einem Objekt relativ zueinander entlang einer optischen Achse des mindestens einen Objektivs angepasst.

Zusätzlich oder alternativ zu der zuvor genannten ersten Variante kann der Fokuswert des Operationsmikroskops durch Anpassung des Abstandes zwischen dem Objektiv, zum Beispiel dem ersten und/oder dem zweiten Objektiv, und einer Bildebene der Bilderfassungsvorrichtung justiert und/oder kalibriert werden. In dieser Variante werden also das mindestens eine Objektiv und die Bilderfassungsvorrichtung relativ zueinander in Richtung bzw. entlang der optischen Achse des Objektivs verschoben, wobei das Objektiv und/oder die Bilderfassungsvorrichtung bewegt werden können.

Das mindestens eine Objektiv, also beispielsweise das erste und/oder zweite Objektiv, kann ein erstes optisches Element und ein zweites optisches Element umfassen. Zusätzlich oder alternativ zu den zuvor genannten beiden Varianten kann der Fokuswert des Operationsmikroskops durch Verschiebung des ersten optischen Elements des Objektivs in Bezug auf das zweite optische Element des Objektivs justiert und/oder kalibriert werden. Unter einem optischen Element wird eine Anzahl an optischen Bauteilen verstanden, welche fest zueinander positioniert sind. Das optische Element kann zum Beispiel nur eine Linse oder eine Mehrzahl an Linsen umfassen. In der vorliegenden Variante erfolgt also eine Innenfokussierung in dem jeweiligen Objektiv, zum Beispiel in einem Hauptobjektiv oder einem Videoobjektiv. Das optische Gerät kann insbesondere ein erstes Objektiv, zum Beispiel ein Hauptobjektiv, und ein zweites Objektiv, zum Beispiel ein Videoobjektiv umfassen, wobei das erste Objektiv im Strahlengang zwischen einer Objektebene und dem zweiten Objektiv angeordnet ist. Zum Beispiel kann der Fokuswert des Operationsmikroskops durch Verschiebung des ersten optischen Elements des ersten Objektivs in Bezug auf das zweite optische Element des ersten Objektivs und/oder durch Verschiebung eines ersten optischen Elements des zweiten Objektivs in Bezug auf ein zweites optisches Element des zweiten Objektivs justiert und/oder kalibriert werden.

Vorteilhafterweise werden die Zoomstellungen und/oder die Fokuswerte automatisiert eingestellt. Dies erleichtert die Justage und/oder Kalibrierung und verkürzt die für die Justage und/oder Kalibrierung erforderliche Zeit.

Das Operationsmikroskop kann ein stereoskopisches optisches System aufweisen, wobei das stereoskopische optische System einen ersten optischen Pfad und mindestens einen weiteren optischen Pfad aufweist oder definiert. Mindestens ein Sollwert und/oder Kalibrierdaten können für den ersten optischen Pfad ermittelt und auf den mindestens einen weiteren optischen Pfad übertragen werden. Unter einem optischen Pfad wird der Weg des Lichts von einem Objekt durch das optische System zu einer Bildebene verstanden. Die beschriebene Variante hat den Vorteil, dass lediglich einer von mehreren optischen Pfaden justiert und/oder kalibriert werden muss und die Ergebnisse dieses Prozesses unmittelbar für den mindestens einen weiteren optischen Pfad zur Verfügung stehen, sodass dieser nicht separat justiert und/oder kalibriert werden muss. Dies verkürzt die für die Justage und/oder Kalibrierung des stereoskopischen optischen Systems erforderliche Zeit.

Die erfindungsgemäße Steuereinrichtung zum Justieren und/oder Kalibrieren und/oder Überwachen des Fokuswertes eines Operationsmikroskop, welches mindestens ein Objektiv, eine Bilderfassungsvorrichtung und ein Zoomsystem umfasst, wobei das Operationsmikroskop dazu ausgelegt ist, in mindestens zwei unterschiedlichen Zoomstellungen betrieben zu werden, ist dazu ausgelegt, ein zuvor beschriebenes erfindungsgemäßes Verfahren auszuführen. Sie hat die bereits beschriebenen Merkmale und Vorteile.

Das erfindungsgemäße Operationsmikroskop umfasst mindestens ein Objektiv, eine Bilderfassungsvorrichtung, zum Beispiel eine Kamera, insbesondere eine Videokamera, und ein Zoomsystem. Das Operationsmikroskop ist dazu ausgelegt, in mindestens zwei unterschiedlichen Zoomstellungen betrieben zu werden. Das Operationsmikroskop ist zudem dazu ausgelegt, ein oben beschriebenes erfindungsgemäßes Verfahren auszuführen. Das Operationsmikroskop kann zuvor beschriebene erfindungsgemäße Steuereinrichtung umfassen. Das erfindungsgemäße Operationsmikroskop hat die bereits beschriebenen Merkmale und Vorteile. Es weist bevorzugt ein stereoskopisches optisches System auf.

Das erfindungsgemäße computerimplementierte Verfahren umfasst Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, ein oben beschriebenes erfindungsgemäßes Verfahren auszuführen. Das erfindungsgemäße Computerprogrammprodukt umfasst Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, ein oben beschriebenes erfindungsgemäßes Verfahren auszuführen. Auf dem erfindungsgemäßen computerlesbaren Datenträger ist das erfindungsgemäße Computerprogrammprodukt gespeichert. Das erfindungsgemäße Datenträgersignal überträgt das erfindungsgemäße Computerprogrammprodukt. Das erfindungsgemäße computerimplementierte Verfahren, das erfindungsgemäße Computerprogrammprodukt, der erfindungsgemäße computerlesbare Datenträger und das erfindungsgemäße Datenträgersignal haben die oben bereits genannten Merkmale und Vorteile.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher erläutert. Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wird, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Die Figuren sind nicht notwendigerweise detailgetreu und maßstabsgetreu und können vergrößert oder verkleinert dargestellt sein, um einen besseren Überblick zu bieten. Daher sind hier offenbarte funktionale Einzelheiten nicht einschränkend zu verstehen, sondern lediglich als anschauliche Grundlage, die dem Fachmann auf diesem Gebiet der Technik Anleitung bietet, um die vorliegende Erfindung auf vielfältige Weise einzusetzen.

Der hier verwendete Ausdruck „und/oder“, wenn er in einer Reihe von zwei oder mehreren Elementen benutzt wird, bedeutet, dass jedes der aufgeführten Elemente alleine verwendet werden kann, oder es kann jede Kombination von zwei oder mehr der aufgeführten Elemente verwendet werden. Wird beispielsweise eine Zusammensetzung beschrieben, die die Komponenten A, B und/oder C, enthält, kann die Zusammensetzung A alleine; B alleine; C alleine; A und B in Kombination; A und C in Kombination; B und C in Kombination; oder A, B, und C in Kombination enthalten.

Fig. 1 zeigt schematisch den Strahlengang durch ein Operationsmikroskop für zwei Zoomstellungen.

Fig. 2 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Verfahren in Form eines Flussdiagramms.

Fig. 3 zeigt schematisch Kontrastwertkurven in Abhängigkeit vom

Fokuswert für zwei Zoomstellungen.

Fig. 4 zeigt schematisch Kontrastwertkurven in Abhängigkeit vom

Fokuswert für vier Zoomstellungen.

Fig. 5 zeigt schematisch ein zu kalibrierendes Operationsmikroskop und ein Kalibrierobjekt. Fig. 6 zeigt schematisch zwei bei unterschiedlichen Zoomstellungen erfasste Bilder des Kalibrierobjekts.

Fig. 7 zeigt schematisch in Form eines Diagramms eine Änderung des Fokuswertes in Abhängigkeit von der Zoomstellung für drei unterschiedliche Justage- oder Kalibierungszustände.

Fig. 8 zeigt schematisch eine Anzeige einer Kontrastlinie (Istfokuslinie) und einer Sollfokuslinie in einem erfassten Bild eines Kalibrierobjekts.

Fig. 9 zeigt schematisch eine erste Variante eines erfindungsgemäßen Operationsmikroskops mit einer erfindungsgemäßen Steuereinrichtung.

Fig. 10 zeigt schematisch eine zweite Variante eines erfindungsgemäßen Operationsmikroskops mit einer erfindungsgemäßen Steuereinrichtung.

Im Folgenden wird der Hintergrund der vorliegenden Erfindung anhand der Figur 1 näher erläutert. Die Figur 1 zeigt schematisch den Strahlengang 10 durch ein Operationsmikroskop 1 bei zwei Zoomstellungen. Dabei ist in der Figur 1 oben eine erste Zoomstellung mit einem niedrigen Zoomwert eingestellt und in der Figur 1 unten eine zweite Zoomstellung mit einem hohen Zoomwert eingestellt. Der Zoomwert des oben gezeigten Strahlengangs ist also geringer als der Zoomwert des unten gezeigten Strahlengangs.

Das Operationsmikroskop 1 umfasst ein erstes Objektiv 3 in Form eines Hauptobjektivs und ein zweites Objektiv 2 in Form eines Videoobjektivs, welche jeweils mindestens eine Linse oder eine Linsengruppe umfassen. Das zweite Objektiv 2 ist im Strahlengang zwischen dem ersten Objektiv 3 und einer Bilderfassungsvorrichtung 5 angeordnet. Jeweils links in der Figur 1 ist der Strahlengang 10 vor dem Operationsmikroskop 1 und rechts nach dem Operationsmikroskop 1 gezeigt. Die Strahlrichtung geht in der Figur 1 also von links nach rechts. Ausgehend von einer Objektebene 4 werden Objektpunkte auf eine Bildebene einer Bilderfassungsvorrichtung 5, zum Beispiel auf einen Kamerachip, abgebildet. In dem gezeigten Beispiel bilden ein erstes Strahlenbündel 11 und ein zweites Strahlenbündel 12 jeweils einen Objektpunkt auf einen Kamerachip 5 ab. Dabei durchtreten die Strahlenbündel 11 und 12 zunächst das erste Objektiv 3. Der Strahlengang hinter dem ersten Objektiv 3 und vor dem zweiten Objektiv 2 ist jeweils afokal. Der Bereich, in welchem afokale Strahlenbündel auftreten, ist jeweils durch die Bezugsziffer 6 gekennzeichnet. Es liegt in den Bereichen 6 also ein paralleler Strahlengang vor.

Beim Justieren und/oder Kalibrieren des Operationsmikroskops 1 wird mindestens eine Linse, ein Satz von Linsen des Videoobjektivs 2 oder der Kamerachip 5 entlang der optischen Achse 7, also in horizontaler Richtung in der Figur 1 , verstellt. Ist das Videoobjektiv 2 korrekt fokussiert, so wie in der Figur 1 dargestellt, so vereinigt sich nun das Strahlenbündel, welches das Achsbündel bildet, also vorliegend das zweite Strahlenbündel 12, jeweils unabhängig von der Zoomstellung in einem Punkt auf dem Kamerachip 5, also nicht vor oder hinter dem Kamerachip 5.

Im Folgenden werden Beispiele für ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Justieren und/oder Kalibrieren des Fokuswertes eines Operationsmikroskops anhand der Figuren 2 bis 6 näher beschrieben. Dabei umfasst das Operationsmikroskop mindestens ein Objektiv, zum Beispiel ein erstes Objektiv 3 in Form eines Hauptobjektivs und ein zweites Objektiv 2 in Form eines Videoobjektivs, eine Bilderfassungsvorrichtung 5 und ein Zoomsystem und ist dazu ausgelegt, in mindestens zwei unterschiedlichen Zoomstellungen betrieben zu werden. Das Videoobjektiv 2 ist im Strahlengang 10 zwischen dem Hauptobjektiv 3 und der Bilderfassungsvorrichtung 5 angeordnet.

Die Figur 2 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Verfahren in Form eines Flussdiagramms. In einem ersten Schritt 21 werden bei mindestens zwei unterschiedlichen Zoomstellungen jeweils mindestens ein Bild bzw. eine Abbildung eines festgelegten Objekts, vorzugsweise eines bekannten Kalibrierobjekts, mittels der Bilderfassungsvorrichtung 5 erfasst. In einem zweiten Schritt 22 wird mittels des mindestens einen erfassten Bildes ein oder eine Mehrzahl an Kontrastwerten in Abhängigkeit von dem Fokuswert bestimmt. Dies erfolgt vorzugsweise mittels geeigneter Bildauswertungssoftware, welche z.B. dazu ausgebildet, Schwarz -Weiß- Übergänge eines Bildes bezüglich des Kontrasts zu quantifizieren. In einem dritten Schritt 23 wird mittels der bestimmten Kontrastwerte für die mindestens zwei Zoomstellungen mindestens ein Sollwert und optional ein Korrekturwert für mindestens einen Parameter zur Justage und/oder Kalibrierung des Fokuswertes des Operationsmikroskops ermittelt. In diesem Zusammenhang kann der Fokuswert ermittelt werden, bei welchem der Kontrastwert für die jeweilige Zoomstellung maximal ist. Eine beispielhafte Umsetzung des Schritts 23 wird unten anhand der Figuren 6 bis 8 näher erläutert.

Die ermittelten Fokuswerte, bei welchen der Kontrastwert für die jeweilige Zustellung maximal ist, können in einem optionalen Schritt 24 zur Justage und/oder Kalibrierung des Operationsmikroskops verwendet werden, beispielsweise indem das Operationsmikroskop so justiert und/oder kalibriert wird, dass die Fokuslage, insbesondere die Fokuslage des Videoobjektivs 2, so angepasst wird, dass die Maximalwerte der Kontrastkurven, also die Maximalwerte von mindestens zwei Kontrastkurven, bei dem gleichen Fokuswert oder einer Fokusdifferenz, welche geringer ist als ein festgelegter Schwellenwert, erscheinen. Sobald die gewünschte Fokusdifferenz erreicht ist, ist das Operationsmikroskop, insbesondere das Videoobjektiv, im Fokus richtig justiert und/oder kalibriert. Bei einer Fokusdifferenz von Null ist das Operationsmikroskops, insbesondere das Objektiv, auf unendlich abgestimmt.

Alternativ oder zusätzlich dazu können in Schritt 24 die ermittelten Fokuswerte, bei welchen der Kontrastwert für die jeweilige Zustellung maximal ist, für eine Steuerung des Operationsmikroskops hinterlegt werden und bei der Verwendung der einzelnen Zoomstellungen zur Justage und/oder Kalibrierung des Fokuswerts verwendet werden. Beispielsweise können nach der Montage und Justierung eines Operationsmikroskops die Kontrastwertkurven für verschiedene Zoomstellungen aufgenommen und im Gerät hinterlegt bzw. abgespeichert werden. Bei einer Verstellung des Zooms kann somit ein neuer Stellwert für das Fokusiersystem aus den hinterlegten Kurven ermittelt und gesetzt werden. Dies stellt ein scharfes Bild sicher. Es ist somit nur noch eine grobe Justierung notwendig bzw. die Justierung wird unter Umständen überflüssig. Diese digitale Kalibrierung kann im Hauptobjektiv, im Videoobjektiv oder durch Verschieben des Kamerachips erfolgen. Eine perfekte Abstimmung des Vergrößerungssystems auf unendlich ist somit nicht mehr notwendig. Es können jedoch andere Bildfehler entstehen, welche digital korrigiert werden können.

Die Figur 3 zeigt schematisch Kontrastwertkurven in Abhängigkeit vom Fokuswert für zwei Zoomstellungen. Die Figur 4 zeigt schematisch Kontrastwertkurven in Abhängigkeit vom Fokuswert für vier Zoomstellungen. Auf der x-Achse ist jeweils der Fokuswert f in Millimetern und auf der y-Achse der auf eins normierte Kontrastwert aufgetragen. In der Figur 3 ist die Kontrastwertkurve 31 bei einer Zoomstellung mit einem Zoomwert von 1 ,0 bestimmt worden und weist ein Maximum bei einem Fokuswert von 21 1 ,6 mm auf. Die Kontrastwertkurve 32 ist bei einer Zoomstellung mit einem Zoomwert von 2,4 bestimmt worden und weist ein Maximum bei einem Fokuswert von 211 ,4 mm auf. Die Fokuswerte mit einem maximalen Kontrast liegen hier relativ dicht beieinander, sodass gegebenenfalls auf eine weitere Justage und/oder Kalibrierung verzichtet werden kann. In der Figur 4 sind die Kontrastwertkurve 33 bei einer Zoomstellung mit einem Zoomwert von 1 ,0, die Kontrastwertkurve 34 bei einer Zoomstellung mit einem Zoomwert von 1 ,5, die Kontrastwertkurve 35 bei einer Zoomstellung mit einem Zoomwert von 2,0 und die Kontrastwertkurve 36 bei einer Zoomstellung mit einem Zoomwert von 2,4 bestimmt worden. Hier liegen die Fokuswerte mit einem maximalen Kontrast relativ weit auseinander, sodass mittels der Kontrastwertkurven eine Justierung und/oder Kalibrierung des Operationsmikroskops vorgenommen werden kann.

Zur Durchführung des Schrittes 22, also zur Bestimmung der Mehrzahl an Kontrastwerten in Abhängigkeit von dem Fokuswert mittels eines erfassten Bildes gibt es verschiedene Möglichkeiten. Falls das Operationsmikroskop ein Fokussystem aufweist, also der Fokuswert automatisch verstellt werden kann, so können die in den Figuren 3 und 4 dargestellten Kurven automatisiert erfasst werden. Es kann also automatisiert durchfokussiert werden und für einzelne Fokuswerte jeweils ein Bild eines Kalibrierobjekts erfasst und bezüglich des Kontrasts ausgewertet werden. Falls auch ein automatisiertes Zoomsystem vorhanden ist, können die einzelnen Zoom-Einstellungen ebenfalls automatisiert eingestellt werden.

Falls der Fokuswert nicht automatisiert einstellbar ist, kann die Fokusdifferenz, welche sich aus zwei Zoomstellungen mit einem schräg positionierten Target als Objekt ergibt, visuell abgelesen oder bevorzugt durch eine oben bereits beschriebene Bildauswertung ermittelt werden. Aus der Fokuswertdifferenz ergibt sich die notwendige Verstellung der Fokuslage des optischen Geräts, insbesondere eines Videoobjektivs. Diese Variante wird im Folgenden anhand der Figuren 5 und 6 erläutert.

Die Figur 5 zeigt schematisch ein zu justierendes und/oder kalibrierendes Operationsmikroskop 40 und ein Kalibrierobjekt 41. Das Kalibrierobjekt 41 kann mit dem Operationsmikroskop 40 fest verbindbar ausgestaltet oder mit diesem fest verbunden sein.

Das Kalibrierobjekt 41 , welches vorzugsweise eine ebene Oberfläche 42 mit einem bekannten Muster, vorzugsweise einem Charucomuster, aufweist, ist in Bezug auf die optische Achse 7 gekippt angeordnet. Hierbei kann eine Oberflächennormale 43 der Oberfläche 42 des Kalibrierobjekts 41 einen Winkel 44 zwischen 5 Grad und 85 Grad, zum Beispiel 20 Grad, mit der optischen Achse 7 einschließen. Dies entspricht einem Winkel 45 zwischen 85 Grad und 5 Grad, zum Beispiel 70 Grad, zwischen der Oberfläche 42 und der optischen Achse 7. Bei einem verkippten Kalibrierobjekt 41 können Kontrastwerte für eine Mehrzahl von Fokuswerten in einem Bild berechnet werden. Vorteilhafterweise sind die Abmessungen des Musters, insbesondere die Abmessungen von Elementen des Musters, bekannt oder vorgegeben oder die Abmessungen werden bestimmt. Die Abmessungen können in einer Längeneinheit, z.B. Millimeter, bekannt oder vorgegeben sein oder bestimmt werden. Vorzugsweise ist dabei der Abbildungsmaßstab, z.B. in Form eines Zusammenhangs zwischen der jeweiligen Abmessung mindestens eines Elements des Musters in Pixel und in einer Längeneinheit, bekannt oder vorgegeben oder wird bestimmt. Wenn die Verkippung des Kalibrierobjekts 41 bekannt oder vorgegeben oder definiert eingestellt oder ermittelt, z.B. mithilfe einer Posenschätzung, ist, kann mithilfe der Abmessungen und/oder des Abbildungsmaßstabs der Fokuswert, bei welchem der Kontrastwert maximal ist, ermittelt, insbesondere berechnet, werden. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass der Fokuswert, bei welchem der Kontrastwert maximal ist, und die Abhängigkeit zwischen Kontrastwert und Fokuswert auf einfache Weise und schnell zuverlässig bestimmt werden können.

Die Variante mit dem gekippten Kalibrierobjekt 41 bietet ferner den Vorteil, dass auch optische Systeme, insbesondere Operationsmikroskope, mit fester Brennweite justiert und/oder kalibriert werden können. Hierfür werden zuerst die Kontrastwertkurven für mindestens zwei Zoomstellungen ermittelt und anschließend kann eine Sollfokuslage für mindestens eine Zoomstellung berechnet und/oder bereitgestellt und/oder angezeigt werden, sodass der Monteur das optische System mit Hilfe der angezeigten Sollfokuslage justieren und/oder kalibrieren kann (siehe z.B. unten Figur 8).

Die Figur 6 zeigt schematisch zwei bei unterschiedlichen Zoomstellungen erfasste Bilder 18 des Kalibrierobjekts 41. Das Zoomzentrum ist vorliegend und bevorzugt in einen Punkt in der Mitte des Bildes gelegt. Wenn sich das Zoomzentrum nicht in der Mitte des Bildes befindet, ist es sinnvoll, wenn der Koordinatenursprung des verwendeten objektseitigen Koordinatensystems in den Objektpunkt des Zoomzentrums (Projektion des Zoomzentrums in das Objekt) gesetzt wird. Das Zoomzentrum ist dabei derjenige Punkt in den erfassten Abbildungen, der sich zwischen den unterschiedlichen Vergrößerungsstufen nicht bewegt. Das Zoomzentrum kann insbesondere als optisches Zentrum eines Beobachterstrahlengangs angesehen werden. Kamerasysteme werden in der Regel so ausgelegt und/oder justiert, dass sich der Objektpunkt, welcher auf die Mitte des Kamerachip abgebildet wird, beim Durchzoomen nicht in der Abbildung wandert. In diesem Fall trifft die optische Achse, welche durch das Zoomsystem definiert ist, die Mitte des Kamerachips. Das Kalibrierobjekt 41 ist so verkippt, dass sich der Fokuswert in der Figur 6 von links nach rechts verändert. Das links gezeigte Bild wurde bei einer ersten Zoomstellung erfasst und das rechts gezeigte Bild wurde bei einer zweiten Zoomstellung erfasst. Die Kontrastlinien, also in den gezeigten Bildern vertikale Linien mit höchstem Kontrast, sind mit der Bezugsziffer 46 gekennzeichnet. Die Kontrastlinie 46 bei der zweiten Zoomstellung, also in der rechts in der Figur 6 gezeigten Abbildung, erscheint im Bild bezogen auf eine Objektmarkierung 17 am Kalibrierobjekt 41 weiter rechts am Kalibrierobjekt 41 als die Kontrastlinie 46 bei der links in der Figur 6 gezeigten ersten Zoomstellung. In anderen Worten befindet sich die Kontrastlinie 46 etwa drei Schachbrettmuster (weißes oder schwarzes Quadrat) links von der Objektmarkierung 17 in der links in der Figur 6 gezeigten Abbildung und etwa zwei Schachbrettmuster links von der Objektmarkierung 17 in der rechts in der Figur 6 gezeigten Abbildung. Die Kontrastlinie 46 verschiebt sich also relativ zum Kalibrierobjekt 41 beziehungsweise zur Objektmarkierung 17. Dies bedeutet, dass sich die Fokusebene entlang der optischen Achse 7 bei einer Umschaltung zwischen den beiden Zoomstellungen verschiebt oder mit anderen Worten wandert. Würde die Kontrastlinie 46 sich immer an der gleichen Stelle des Objekts befinden, wäre die Fokuswertdifferenz Null. Die Objektmarkierung 17 kann an beliebige Stelle des Objekts gesetzt werden. Das relative Veränderung beziehungsweise Wandern der Kontrastlinie 46 würde gleichbleiben. Bevorzugt ist jedoch ein Objektpunkt zu wählen, welcher mit dem Zoomzentrum uns somit mit der optischen Achse des Zoomsystems zusammenfällt.

Die Umrechnung der horizontalen Verschiebung der Kontrastlinie 46 von der ersten Zoomstellung (siehe linke Abbildung der Figur 6) zu der zweiten Zoomstellung (siehe rechte Abbildung der Figur 6) am Kalibrierobjekt 41 in eine senkrechte Differenz, also eine Differenz in Richtung der optischen Achse 7, entspricht der Fokuswertdifferenz. Diese Fokuswertdifferenz kann aus der Verschiebung der Kontrastlinie 46, der Geometrie der Versuchsanordnung und einem Maßstab, zum Beispiel der Größe der Charucomarker des Musters auf der ebenen Fläche 42 des Kalibrierobjekts 41 , berechnet werden. In der Regel ist die Fokusebene eine Sphäre, sodass die gezeigte Kontrastlinie 46 eine Näherung einer Kontrastkurve abbildet. Wenn die Krümmung der Kontrastkurve, also die Abweichung der gezeigten Kontrastlinie 46 (Gerade) von der tatsächlichen Kontrastkurve, klein ist, ist eine Annäherung als Linie gerechtfertigt. Andernfalls müssen die tatsächlichen Kontrastkurven berücksichtigt werden.

In allen Varianten ist es von Vorteil, ein bekanntes Kalibrierobjekt, zum Beispiel ein Schachbrett (checkerboard) oder ein Charucoboard, zu verwenden. Dies erleichtert die Erkennung und Auswertung des Kontrasts.

Die in der Figur 6 gezeigte Änderung der Kontrastlinie kennzeichnet ein Wandern oder eine Änderung des Fokuswertes in Abhängigkeit von der Zoomstellung. Dies ist in der Figur 7 schematisch in Form eines Diagramms dargestellt. Auf der x-Achse ist die Zoomstellung Z und auf der y-Achse der Fokuswert F aufgetragen. Der Fokuswert kann dabei in Millimetern oder in Pixel oder in einer beliebigen Einheit, welche das Wandern des Fokus in Bezug auf das Kalibierobjekt 41 kennzeichnet, z.B. das Wandern in Bezug auf eine Objektmarkierung 17 auf dem Kalibrierobjekt 41 , angegeben werden. Dabei kann die Abmessung einer geometrischen Form oder Struktur, welche auf dem Kalibierobjekt 41 abgebildet ist, als Maßstab verwendet werden. In dem in der Figur 6 gezeigten Beispiel kann beispielsweise die Breite eines der abgebildeten Rechtecke als Maßstab verwendet werden. Da das im Folgenden im Detail erläuterte erfindungsgemäße Vorgehen lediglich relative Fokuswerte benötigt, also Abweichungen der bestimmten Fokuswerte von einem Bezugspunkt oder voneinander, hat die vorliegende Erfindung den Vorteil, dass eine Justage und/oder Kalibrierung mit einem beliebigen Kalibrierobjekt 41 durchgeführt werden kann. Es ist also kein vermessenes Kalibrierobjekt erforderlich. In der Figur 7 sind die Ergebnisse für drei Messungen dargestellt. Dabei wurde beispielhaft jeweils bei einer Zoomstellung Zi und einer Zoomstellung Z2 der Fokuswert F bestimmt. Vorzugsweise werden für mehr als zwei Zoomstellungen Z die Fokuswerte F bestimmt. Aus den Messwerten kann eine Funktion des Fokuswertes in Abhängigkeit von der Zoomstellung F=f(Z) bestimmt werden. Diese kann vorzugsweise als Gerade mit einem Gradienten g angenommen werden (F~g*Z). Das Wandern des Fokuswertes in Bezug auf das Kalibrierobjekt wird durch den Gradienten g abgebildet. Der Betrag des Gradienten g soll im Rahmen der Justage und/oder Kalibrierung minimiert werden und vorzugsweise gegen Null gehen oder nahe Null eingestellt werden. Die Gerade soll mit anderen Worten im Ergebnis der Justage und/oder Kalibrierung vorzugsweise parallel zur x-Achse verlaufen.

In der Figur 7 wurde im Rahmen einer ersten Messung beim Zoomwert Z1 ein Fokuswert Fi und beim Zoomwert Z2 ein Fokuswert F2 bestimmt und daraus eine Gerade 25 mit dem Gradienten g=(F2— Fi )/(Z2— Z1 ) ermittelt. Anschließend wurde der Fokuswert des Operationsmikroskops um AF angehoben oder abgesenkt und eine zweite Messung analog zur ersten Messung durchgeführt. Das Anheben oder Absenken kann bei beliebiger Zoomstellung erfolgen. Hierbei wurde die Gerade 26 ermittelt, welche einen geringeren Gradienten als die Gerade 25 aufweist. Anschließend wurde der Fokuswert des Operationsmikroskops weiter angehoben oder abgesenkt und eine dritte Messung analog zu den ersten beiden Messungen durchgeführt. Hierbei wurde die Gerade 27 ermittelt, welche einen negativen Gradienten aufweist.

Basierend auf der so ermittelten Abhängigkeit zwischen einer Änderung des Fokuswertes AF des Operationsmikroskops und dem Gradienten g (g=f(AF)) lässt sich der Fokuswert des Operationsmikroskops so justieren oder kalibrieren, dass sich ein Gradient g von Null oder unter Berücksichtigung einer vorgegebenen Toleranz nahe Null ergibt. Es hat sich herausgestellt, dass in der Regel eine zoomunabhängige lineare Abhängigkeit vorliegt (g~m*(AF), wobei m den Anstieg kennzeichnet), sodass zwei Messungen, z.B. eine erste Messung mit einem gekippten Kalibrierobjekt bei einer ersten Zoomstellung und eine zweite Messung mit dem gekippten Kalibrierobjekt bei einer zweiten Zoomstellung, im Prinzip ausreichen um einen Sollwert oder Zielwert für die Justage und/oder Kalibrierung zu ermitteln, insbesondere einen Wert um den der aktuelle Fokuswert des Operationsmikroskops angehoben oder abgesenkt werden muss um den Betrag des Gradienten g wie angestrebt zu verändern. Es kann also einerseits die Abhängigkeit einer Änderung des Fokuswertes AF des Operationsmikroskops und dem Gradienten g im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens, wie beschrieben, ermittelt werden oder als bekannt vorausgesetzt werden. Im letzteren Fall kann auf der Grundlage einer Bestimmung nur eines Gradienten das Operationsmikroskop justiert und/oder kalibriert werden. Die erforderliche Änderung des Fokuswertes kann z.B. im Millimeter angegeben werden.

Im Zusammenhang mit der Justage und/oder Kalibrierung kann der ermittelte Sollwert oder Zielwert einem Monteur angezeigt werden, z.B. in Form eines Toleranzbalkens, Toleranzstreifens, einer Linie oder Kurve, welche insbesondere parallel zu der ermittelten Kontrastkurve oder Kontrastlinie 46 verläuft. Die Figur 8 zeigt dies schematisch. Dabei ist in dem gezeigten Beispiel das Kalibrierobjekt 41 so verkippt, dass sich der Fokus von oben nach unten verändert. In der Figur 8 ist in einem erfassten Bild 18 eines Kalibrierobjekts 41 eine Solllinie mit der Bezugsziffer 29 gekennzeichnet und die Linie mit dem aktuell höchsten Kontrast, also die aktuelle Kontrastlinie, ist mit der Bezugsziffer 28 gekennzeichnet.

Zur Justage und/oder Kalibrierung des Fokuswertes des Operationsmikroskops 1 für einzelne oder alle Zoomstellungen gibt es verschiedene Möglichkeiten, welche einzelnen oder kombiniert miteinander angewendet werden können. Eine erste Variante besteht darin, die Schnittweite, also den Abstand zwischen Objekt bzw. Objektebene 4 und mindestens einem der Objektive 2, 3, zu verändern. Im Falle eines Operationsmikroskops 1 , welches ein Hauptobjektiv 3 und ein Videoobjektiv 2 umfasst, kann in diesem Fall das Hauptobjektiv 3 relativ zum Objekt bzw. zur Objektebene 4 verschoben werden. Eine zweite Variante besteht darin, den Abstand zwischen dem Objektiv 2 und der Bildebene 5 des Operationsmikroskops 1 zu verändern. Hierbei kann die Bilderfassungsvorrichtung 5, also beispielsweise die Kamera oder ein Kamerachip, oder das zweite Objektiv 2 bewegt werden, also relativ zueinander verschoben werden.

Eine dritte Variante besteht darin, ein Objektiv 2, 3 zu verwenden, welches eine Innenfokussierung erlaubt, welches also mindestens ein erstes optisches Element und mindestens ein zweites optisches Element umfasst, wobei das erste optische Element und das zweite optische Element relativ zueinander verschiebbar ausgebildet sind. Es kann also mindestens eins der optischen Elemente verschoben werden, während das andere optische Element feststeht. Im Falle eines Operationsmikroskops kann hierbei das Hauptobjektiv 3 als Objektiv mit variabler Brennweite ausgebildet sein. Zusätzlich oder alternativ dazu kann das Videoobjektiv 2 eine entsprechende Innenfokussierung erlauben.

Die Figur 9 zeigt schematisch eine erste Variante eines erfindungsgemäßen Operationsmikroskops 40. Das Operationsmikroskop 40 umfasst eine erfindungsgemäße Steuereinrichtung 13, welche dazu ausgelegt ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren, beispielsweise eine Variante eines zuvor anhand der Figuren 2 bis 8 beschriebenen Verfahrens, auszuführen. Das gezeigte Operationsmikroskops 40 umfasst ein erstes Objektiv 2, zum Beispiel in Form eines ein Videoobjektivs 2, ein zweites Objektiv 3, zum Beispiel in Form eines Hauptobjektivs 3, ein Zoomsystem 8 zum Verändern der Zoomstellung und eine Bilderfassungsvorrichtung 5, beispielsweise eine Kamera 5. Das erste Objektiv 2 und/oder das zweite Objektiv 3 können als Objektive mit variabler Brennweite ausgebildet sein, also jeweils mindestens zwei relativ zueinander verschiebbare Linsen oder Linsengruppen umfassen.

Das erste Objektiv 3, das Zoomsystem 8, das zweite Objektiv 2 und die Bilderfassungseinrichtung 5 sind in der genannten Reihenfolge optisch miteinander verbunden, also in einem Strahlengang 10 hintereinander angeordnet. Die Steuereinrichtung 13 ist zur Signalübertragung 15 mit den zuvor genannten Bauteilen 2, 3, 5 und 8 verbunden und steuert insbesondere das Zoom system 8. Die Figur 10 zeigt schematisch eine zweite Variante eines erfindungsgemäßen Operationsmikroskops 40 in einer stereoskopischen Ausgestaltung. Im Unterschied zu der in der Figur 9 gezeigten Variante sind jeweils zwei im Strahlengang 10 parallel zueinander angeordnete Videoobjektive 2 und Bilderfassungsvorrichtungen 5, insbesondere Kamerachips, vorhanden. Das Zoomsystem 8 kann für die jeweiligen Strahlengänge, also einen ersten und einen zweiten optischen Pfad, eigene optische Elemente haben (getrennte Strahlengänge bzw. optische Pfade). Das gleiche und synchrone Verschieben der Linsen kann durch mechanische, elektronische oder elektronmechanische Kopplung erfolgen. Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens kann mindestens ein Sollwert und/oder Kalibrierdaten für den ersten optischen Pfad ermittelt und auf den zweiten optischen Pfad übertragen werden.

Liegt von einem stereoskopischen System eine Kalibrierung (z.B. in Form eine Kameramatrix und/oder Verzeichnungskoeffizienten) vor, so kann im Betrieb eine Topografie erstellt werden. Eine Ebene oder Sphäre der Topografie wird den höchsten Kontrast aufweisen und die Topografie schneiden. Diese Kontrastauswertung kann in einem Kamerabild und/oder beiden Kamerabildern erfolgen. Die Punkte in der Abbildung mit dem höchsten Kontrast können mit einer freien Kurve im Kamerabild dargestellt werden. Ist der Fokuswert des Operationsmikrokops richtig eingestellt, so wird bei einer Verstellung des Zooms diese freie Kurve mit dem Objekt im Kamerabild wandern. Dieses Wandern des Fokus kann anschließend in Abhängigkeit vom Zoom berechnet werden (Gradient der Gerade in Figur 7). Ist dies nicht der Fall beziehungsweise ist das relative Wandern an der Topografie zu groß, so könnte der Servicetechniker zum Nachjustieren benachrichtigt werden und/oder der Nutzer könnte informiert werden. Alternativ könnte der Nutzer in regelmäßigen Abständen aufgefordert werden, diese Überwachung durchzuführen. Dieses Verfahren ermöglicht somit auch die Überwachung des Fokuswertes im Feld. Bezugszeichenliste:

1 Operationsmikroskop

2 zweites Objektiv, Videoobjektiv

3 erstes Objektiv, Hauptobjektiv

4 Objektebene

5 Bilderfassungsvorrichtung, Kamerachip, Bildebene

6 afokale Strahlenbündel

7 optische Achse

8 Zoom system

10 Strahlengang

11 erstes Strahlenbündel

12 zweites Strahlenbündel

13 Steuereinrichtung

15 Signalübertragung

17 Objektmarkierung

18 erfasstes Bild einer Oberfläche eines Kalibrierobjekts

21 Erfassen jeweils mindestens eines Bildes eines festgelegten Objekts bei mindestens zwei unterschiedlichen Zoomstellungen

22 Bestimmen von einem oder einer Mehrzahl an Kontrastwerten in Abhängigkeit von dem Fokuswert mittels des mindestens einen erfassten Bildes

23 Ermitteln mindestens eines Sollwertes für mindestens einen Parameter zur Justage und/oder Kalibrierung des Fokuswertes mittels der bestimmten Kontrastwerte für die mindestens zwei Zoomstellungen

24 Justage und/oder Kalibrierung des Operationsmikroskops

25 erste Messung

26 zweite Messung

27 dritte Messung

28 Istfokuslinie

29 Zielfokuslinie

31 Kontrastwertkurve

32 Kontrastwertkurve

33 Kontrastwertkurve

34 Kontrastwertkurve 35 Kontrastwertkurve

36 Kontrastwertkurve

40 Operationsmikroskop

41 Kalibrierobjekt 42 ebene Oberfläche

43 Oberflächennormale

44 Winkel

45 Winkel

46 Kontrastlinie f Fokus