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DE102024106903B3 - Illumination device and device and method for generating multispectral images - Google Patents

Illumination device and device and method for generating multispectral images Download PDF

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DE102024106903B3
DE102024106903B3 DE102024106903.1A DE102024106903A DE102024106903B3 DE 102024106903 B3 DE102024106903 B3 DE 102024106903B3 DE 102024106903 A DE102024106903 A DE 102024106903A DE 102024106903 B3 DE102024106903 B3 DE 102024106903B3
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DE
Germany
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narrow spectral
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radiant power
spectral range
narrow
Prior art date
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Active
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DE102024106903.1A
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Gerald Panitz
Ralf DOUBEK
Stefan Saur
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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Abstract

Es wird eine Beleuchtungsvorrichtung (13) zum Erzeugen von Multispektralbildern zur Verfügung gestellt. Die Beleuchtungsvorrichtung (13) umfasst eine Lichtquelleananordung (21, 23A-D, 33A-F), welche dazu ausgelegt ist, ein Objekt (5) mit Beleuchtungslicht zum Beleuchten, welches einen breiten Spektralbereich und einen einem bestimmten Punkt eines Farbraums entsprechenden Farbton aufweist, und die es ermöglicht, in wenigstens zwei schmalen Spektralbereichen (I, II) die am Objekt (5) ankommenden Strahlungsleistungen unabhängig voneinander zu verändern. Darüber hinaus umfasst die Beleuchtungsvorrichtung (13) eine Steuereinrichtung (25) zum Steuern der Lichtquelleananordung derart, dass die Strahlungsleistungen in den wenigstens zwei schmalen Spektralbereichen (I, II) zeitsequentiell verändert werden, wobei die zeitsequentiellen Veränderungen jeweils eine Veränderung der Strahlungsleistung in wenigstens einem der wenigstens zwei schmalen Spektralbereiche (I, II) beinhalten. Die Steuereinrichtung (25) ist dazu eingerichtet, die Lichtquelleananordung derart zu steuern, dass durch die Veränderung der Strahlungsleistung in wenigstens einem der wenigstens zwei schmalen Spektralbereiche (I, II) in der am Objekt (5) ankommenden Strahlungsleistung nur Farbtonänderungen verursacht werden, welche die vorgegebene maximal zulässige Abweichung von dem bestimmten Punk des Farbraums nicht überschreiten.
Außerdem werden eine Vorrichtung zur Erzeugung von Multispektralbildern mit einer derartigen Beleuchtungsvorrichtung (13) sowie ein Verfahren zum Erzeugung von Multispektralbildern zur Verfügung gestellt.

Figure DE102024106903B3_0000
An illumination device (13) for generating multispectral images is provided. The illumination device (13) comprises a light source arrangement (21, 23A-D, 33A-F) which is designed to illuminate an object (5) with illumination light having a broad spectral range and a hue corresponding to a specific point in a color space, and which makes it possible to independently vary the radiant powers arriving at the object (5) in at least two narrow spectral ranges (I, II). Furthermore, the illumination device (13) comprises a control device (25) for controlling the light source arrangement such that the radiant powers in the at least two narrow spectral ranges (I, II) are varied sequentially over time, wherein the sequential changes each include a change in the radiant power in at least one of the at least two narrow spectral ranges (I, II). The control device (25) is designed to control the light source arrangement in such a way that the change in the radiant power in at least one of the at least two narrow spectral ranges (I, II) in the radiant power arriving at the object (5) only causes color tone changes which do not exceed the predetermined maximum permissible deviation from the specific point of the color space.
Furthermore, a device for generating multispectral images with such an illumination device (13) and a method for generating multispectral images are provided.
Figure DE102024106903B3_0000

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung für die Verwendung zur Erzeugung von Multispektralbildern. Daneben betrifft die Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erzeugung von Multispektralbildern.The present invention relates to an illumination device for use in generating multispectral images. The invention also relates to a device and a method for generating multispectral images.

In vielen Gebieten der Medizin soll Gewebe möglichst ohne Belastung für den Patienten unterscheidbar gemacht werden. Beispiele hierfür sind das Unterscheidbarmachen von Zahnfüllungen im Vergleich zu gesundem Zahn, das Unterscheidbarmachen von Tumorgewebe in Vergleich zu nichttumorgrößtem Gewebe während Resektionsoperationen, das Unterscheidbarmachen von aktivem kortikalen Gewebe im Vergleicht zu nicht aktivem kortikalem Gewebe, etc.In many areas of medicine, tissue should be differentiated as minimally as possible for the patient. Examples include distinguishing dental fillings from healthy teeth, distinguishing tumor tissue from non-tumor tissue during resection surgeries, distinguishing active cortical tissue from inactive cortical tissue, etc.

Zum Unterscheidbarmachen von Gewebe gibt es unterschiedliche Ansätze. Ein Ansatz ist beispielsweise, eine Unterscheidbarkeit von Gewebe mittels Fluoreszenz herbeizuführen. Dabei kommen während der Aufnahme von Fluoreszenzbildern Filter zum Einsatz, die im Wesentlichen nur das Fluoreszenzlicht zum Bildsensor passieren lassen. Dadurch wird einerseits der Farbeindruck des Objekts verändert und andererseits die Intensität des vom Objekt ausgehenden Lichtes erheblich reduziert. Ein Chirurg muss deshalb in der Regel zwischen dem Fluoreszenzmodus und dem Weißlichtmodus eines Operationsmikroskops hin und her wechseln und während der Aufnahme von Fluoreszenzbildern seine Arbeit unterbrechen. Zudem erfordert das Aufnehmen von Fluoreszenzbildern häufig das Injizieren eines Fluoreszenzfarbstoffes.There are various approaches to distinguishing tissue. One approach, for example, is to use fluorescence to distinguish tissue. This involves using filters during the acquisition of fluorescence images that essentially only allow fluorescent light to pass through to the image sensor. This changes the color impression of the object and significantly reduces the intensity of the light emitted by the object. Therefore, a surgeon usually has to switch back and forth between the fluorescence mode and the white light mode of a surgical microscope and interrupt their work while acquiring fluorescence images. Furthermore, acquiring fluorescence images often requires the injection of a fluorescent dye.

Eine Alternative zur Unterscheidbarmachung von Gewebe mit Hilfe von Fluoreszenz ist die Aufnahme sogenannter Multispektralbilder oder Hyperspektralbilder. Ein Abbildungssystem, das Weißlichtbilder und Hyperspektralbilder aufnehmen kann, ist bspw. in WO 2018/049215 A1 beschrieben. Ein gewöhnliches Farbbild detektiert vom Objekt reflektiertes und/oder gestreutes Licht in drei Farbkanälen, nämlich in einem roten, einem grünen und einem blauen Farbkanal. Die Aufnahme der einzelnen Farbkanäle kann dabei mit einem monochromatischen Bildsensor zeitsequenziell erfolgen, indem ein Bild für den roten Farbkanal, ein Bild für den grünen Farbkanal und ein Bild für den blauen Farbkanal aufgenommen werden, die anschließend zu einem Farbbild kombiniert werden. Alternativ können alle drei Farbkanäle simultan aufgenommen werden. Hierzu muss der Bildsensor als Farbsensor ausgebildet sein, der gelegentlich auch als Bayer-Sensor bezeichnet wird. Bei einem Farbsensor ist dem Bildsensor eine Matrix vorgeschaltet, die vor jedem Bildpunkt des Bildsensors entweder einen roten, einen grünen oder einen blauen Spektralfilter anordnet. Diese Matrix wird als Bayer-Matrix bezeichnet.An alternative to distinguishing tissue using fluorescence is the acquisition of so-called multispectral or hyperspectral images. An imaging system that can capture white-light and hyperspectral images is available, for example, in WO 2018/049215 A1 described. A conventional color image detects light reflected and/or scattered by the object in three color channels, namely a red, a green, and a blue color channel. The recording of the individual color channels can be done sequentially with a monochromatic image sensor by taking an image for the red color channel, an image for the green color channel, and an image for the blue color channel, which are then combined to form a color image. Alternatively, all three color channels can be recorded simultaneously. For this, the image sensor must be designed as a color sensor, which is sometimes also referred to as a Bayer sensor. In a color sensor, a matrix is connected upstream of the image sensor, which arranges either a red, a green, or a blue spectral filter in front of each pixel of the image sensor. This matrix is called a Bayer matrix.

Bei Multispektralbildern und Hyperspektralbildern ist die Anzahl der Farbkanäle erhöht und kann zudem auch Farbkanäle im infraroten oder ultravioletten Spektralbereich umfassen. Zum Aufnehmen der Multispektralbilder oder Hyperspektralbilder kommt häufig die zeitsequenzielle Aufnahmemethode zum Einsatz, wobei das Objekt mit Weißlicht beleuchtet wird und nacheinander Spektralfilter in den Strahlengang zwischen dem Beobachtungsobjekt und der Kamera eingebracht werden, um zeitsequenziell die einzelnen Farbkanäle aufzunehmen. Eine solche Vorgehensweise ist beispielsweise in CA 2 942 069 A1 beschrieben. Auf diese Weise erhält man für jeden Farbkanal ein monochromes Bild, welches die Intensitätsverteilung des vom Beobachtungsobjekt im jeweiligen Farbkanal reflektierten und/oder gestreuten Lichtes wiedergibt. Für jeden Bildpunkt kann dann aus den in den jeweiligen Farbkanälen aufgenommenen Bildern die spektrale Verteilung des reflektierten und/oder gestreuten Lichtes ermittelt werden, wobei die spektrale Verteilung umso besser aufgelöst ermittelt werden kann, je mehr Farbkanäle Verwendung finden. Alternativ zum Einbringen von Spektralfiltern in den Strahlengang zwischen dem Beobachtungsobjekt und der Kamera besteht auch die Möglichkeit, das Beobachtungsobjekt zur Aufnahme der einzelnen Farbkanäle eines Hyperspektralbildes oder eines Multispektralbildes jeweils lediglich mit den entsprechenden schmalen Wellenlängenbereichen zu beleuchten. Eine derartige Vorgehensweise ist ebenfalls in CA 2 942 069 A1 beschrieben.In multispectral and hyperspectral images, the number of color channels is increased and can also include color channels in the infrared or ultraviolet spectral range. To capture multispectral or hyperspectral images, the time-sequential recording method is often used. The object is illuminated with white light and spectral filters are successively inserted into the beam path between the object being observed and the camera to record the individual color channels in a time-sequential manner. Such a procedure is used, for example, in CA 2 942 069 A1 described. In this way, a monochrome image is obtained for each color channel, which represents the intensity distribution of the light reflected and/or scattered by the object under observation in the respective color channel. For each pixel, the spectral distribution of the reflected and/or scattered light can then be determined from the images recorded in the respective color channels. The spectral distribution can be determined with greater resolution the more color channels are used. As an alternative to inserting spectral filters into the beam path between the object under observation and the camera, it is also possible to illuminate the object under observation only with the corresponding narrow wavelength ranges to record the individual color channels of a hyperspectral image or a multispectral image. Such a procedure is also described in CA 2 942 069 A1 described.

In CA 2 942 069 A1 ist auch ein Verfahren beschrieben, mit dem einem Chirurgen das Weiterarbeiten während der Aufnahme von Hyperspektralbildern ermöglicht werden soll. Hierzu werden Hyperspektralbilder zwischen zwei Weißlichtbildern aufgenommen. Dieses erfordert jedoch eine hohe Aufnahmefrequenz, wenn einem Chirurgen ein flimmerfreies Weißlichtbild dargeboten werden soll. Ein flimmerfreies Bild benötigt ca. eine Bildrate von 30 Bildern pro Sekunde. Wenn im Hyperspektralbild beispielsweise n Farbkanäle enthalten sein sollen, erfordert das die Aufnahme von n Bildern in unterschiedlichen Wellenlängenbereichen zusätzlich zur Aufnahme eines Weißlichtbilds innerhalb einer dreißigstel Sekunde, weshalb die Bilder in den einzelnen Farbkanälen mit kurzen Belichtungszeiten aufgenommen werden müssen, insbesondere dann, wenn eine hohe Anzahl an Farbkanälen Verwendung finden soll.In CA 2 942 069 A1 A method is also described that is intended to enable a surgeon to continue working while hyperspectral images are being acquired. For this purpose, hyperspectral images are acquired between two white light images. However, this requires a high acquisition frequency if a surgeon is to be presented with a flicker-free white light image. A flicker-free image requires a frame rate of approximately 30 frames per second. If, for example, the hyperspectral image is to contain n color channels, this requires the acquisition of n images in different wavelength ranges in addition to the acquisition of a white light image within a thirtieth of a second. This is why the images in the individual color channels must be acquired with short exposure times, especially if a large number of color channels are to be used.

Aus DE 10 2011 053 250 A1 ist ein Verfahren zum Aufnehmen von Bildern eines Beobachtungsobjekts bekannt, in dem auf eine Beleuchtung des Beobachtungsobjekts mit Weißlicht eine zeitsequenzielle Beleuchtung mit N unterschiedlichen Wellenlängen erfolgt.Out of DE 10 2011 053 250 A1 A method for taking images of an object under observation is known in which a time-sequenced cial illumination with N different wavelengths.

Aus DE 10 2017 108 036 A1 ist ein Verfahren zum Steuern einer wenigstens zwei elektrische Lichtquellen aufweisenden Leuchteinrichtung beschrieben. Die Lichtquellen weisen wenigstens eine erste und eine zweite spektrale Lichtverteilung auf, die einander überlagert werden, um eine Überlagerungslichtverteilung zu erzeugen. Die Überlagerungslichtverteilung wird auf der Basis von am beleuchteten Objekt gemessenen ankommenden Licht so angepasst, dass ein Sollwert des am beleuchteten Objekt ankommenden Lichts erzielt wird.Out of DE 10 2017 108 036 A1 A method for controlling a lighting device having at least two electric light sources is described. The light sources have at least a first and a second spectral light distribution, which are superimposed on one another to generate a superimposed light distribution. The superimposed light distribution is adjusted based on the incoming light measured at the illuminated object such that a target value of the incoming light at the illuminated object is achieved.

Gegenüber diesem Stand der Technik ist es eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Beleuchtungsvorrichtung zur Verfügung zu stellen, die es ermöglicht, Multispektralbilder aufzunehmen, ohne dass ein Chirurg während der Aufnahme der Multispektralbilder seine Arbeit unterbrechen muss, wobei die oben geschilderte Problematik der kurzen Belichtungszeiten vermieden werden kann.In view of this prior art, a first object of the present invention is to provide an illumination device which makes it possible to record multispectral images without a surgeon having to interrupt his work during the recording of the multispectral images, whereby the problem of short exposure times described above can be avoided.

Darüber hinaus ist es eine zweite Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erzeugung von Multispektralbildern zur Verfügung zu stellen, ohne dass ein Chirurg während der Aufnahme der Multispektralbilder seine Arbeit unterbrechen muss, wobei die oben geschilderte Problematik der kurzen Belichtungszeiten vermieden werden kann.Furthermore, it is a second object of the present invention to provide an apparatus and a method for generating multispectral images without a surgeon having to interrupt his work during the acquisition of the multispectral images, whereby the above-described problem of short exposure times can be avoided.

Die erste Aufgabe wird durch eine Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1 gelöst, die zweite Aufgabe durch eine Vorrichtung zur Erzeugung von spektrale Eigenschaften eines Objekts repräsentierenden Multispektralbildern nach Anspruch 9 sowie durch ein Verfahren zum Erzeugen von spektrale Eigenschaften eines Objekts repräsentierenden Multispektralbildern nach Anspruch 12. Die abhängigen Ansprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.The first object is achieved by an illumination device according to claim 1, the second object by an apparatus for generating multispectral images representing spectral properties of an object according to claim 9 and by a method for generating multispectral images representing spectral properties of an object according to claim 12. The dependent claims contain advantageous embodiments of the invention.

Eine erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung umfasst eine Lichtquelleananordung und eine Steuereinrichtung. Soweit im Rahmen der vorliegenden Beschreibung von einer Steuereinrichtung bzw. von Steuerung die Rede ist, soll dabei auch eine Regeleinrichtung bzw. eine Regelung mit umfasst sein, als eine Steuereinrichtung bzw. Steuerung, welche eine Regelgröße mittels einer Rückkopplungsschleife einer Führungsgröße nachführt. Die Lichtquelleananordung ist dazu ausgelegt, ein Objekt mit Beleuchtungslicht zu beleuchten, welches einen breiten und einen einem bestimmten Punkt eines Farbraums entsprechenden Farbton aufweist. Der Begriff Licht soll hierbei nicht nur Wellenlängen im sichtbaren Spektralbereich umfassen, sondern auch Wellenlängen im ultravioletten (UV) und infraroten Spektralbereich (IR) umfassen. Der Farbraum kann eine beliebiger Farbraum sein, bspw. ein RGB-Farbraum wie etwa der sRGB-Farbraum, ein CIE-Farbraum wie etwa der oder der CIElab- Farbraum oder der CIExy-Farbraum, der von der Internationale Beleuchtungskommission zur Charakterisierung der Wahrnehmung von Farbkontrasten zwischen Farbtönen eingeführt worden ist. Der Farbton kann dabei insbesondere auch ein weißer Farbton sein, etwa ein Farbton, wie er anhand einer Farbtemperatur charakterisiert werden kann. Statt eines weißen Farbtons kann der Farbton aber auch ein bunter Farbton sein.An illumination device according to the invention comprises a light source arrangement and a control device. Wherever reference is made to a control device or controller within the scope of this description, this also includes a closed-loop control device or controller that adjusts a controlled variable to a reference variable using a feedback loop. The light source arrangement is designed to illuminate an object with illuminating light having a broad hue corresponding to a specific point in a color space. The term "light" is intended to encompass not only wavelengths in the visible spectral range, but also wavelengths in the ultraviolet (UV) and infrared (IR) spectral ranges. The color space can be any color space, e.g., an RGB color space such as the sRGB color space, a CIE color space such as the CIElab color space, or the CIExy color space, which was introduced by the International Commission on Illumination to characterize the perception of color contrasts between hues. The color tone can, in particular, be a white tone, for example, a color tone that can be characterized by a color temperature. Instead of a white tone, however, the color tone can also be a colorful tone.

Die Lichtquelleananordung ist zudem derart ausgebildet, dass die es ermöglicht, in wenigstens zwei schmalen Spektralbereichern die am Objekt ankommenden Strahlungsleistungen unabhängig voneinander zu verändern. Die Steuereinrichtung ist dabei dazu ausgebildet, die Lichtquelleananordung derart zu steuern, dass die Strahlungsleistungen in den wenigstens zwei schmalen Spektralbereichen zeitsequentiell verändert werden kann, wobei die zeitsequentiellen Veränderungen jeweils eine Veränderung der Strahlungsleistung in wenigstens einem der wenigstens zwei schmalen Spektralbereiche beinhalten. Die schmalen Wellenlängenbereiche können dabei teilweise überlappenThe light source arrangement is also designed such that it allows the radiation power arriving at the object to be changed independently of one another in at least two narrow spectral ranges. The control device is designed to control the light source arrangement such that the radiation power in the at least two narrow spectral ranges can be changed sequentially over time, wherein the sequential changes each include a change in the radiation power in at least one of the at least two narrow spectral ranges. The narrow wavelength ranges can partially overlap.

Typischerweise hat der breite Spektralbereich eine spektrale Breite von mindestens 200 nm, insbesondere mindestens 300 nm, und weiter insbesondere eine Breite von mindestens 400 nm. In speziellen Fällen kann er sogar eine Breite von mindestens 700 nm aufweisen. Wenn der breite Spektralbereich das sichtbare Licht umfassen soll, weist er eine Breite von mindestens 300 nm (bspw. mindestens von 400 bis 700 nm) und insbesondere mindestens 370 nm (bspw. mindestens von 380 bis 750 nm) auf. Wenn er bspw. auch den infraroten Spektralbereich und Teile des ultravioletten Spektralbereichs umfassen soll, kann der breite Spektralbereich auch mehr als 400 nm oder gar mehr als 700 nm breit sein (bspw. von 360 bis 800 nm oder gar von 360 nm bis 1100 nm). Als ein schmaler Spektralbereich soll dagegen ein spektraler Bereich angesehen werden, dessen spektrale Bereite maximal 35% des breiten Spektralbereich beträgt. Insbesondere kann spektrale Bereite des schmalen Spektralbereichs auch nur maximal 20 % des breiten Spektralbereichs, nur maximal 15 % des breiten Spektralbereich oder gar nur maximal 10 % des breiten Spektralbereich betragen. Ein schmaler Spektralbereich weist dabei eine Schwerpunktswellenlänge auf, welche das Spektrum des schmalen Spektralbereiches charakterisiert und das gewichtete arithmetisches Mittel der Wellenlängen des schmalen Spektralbereichs darstellt. Als die Breite des schmalen Spektralbereichs wird die Halbwertsbreite angesehen, die durch Betrag des spektralen Abstands zwischen denjenigen Wellenlängen, bei denen der Intensitätswert von einer maximalen Intensität des schmalen Spektralbereichs auf die Hälfte des maximalen Intensitätswerts abgefallen ist, gegeben ist. Auch beim breiten Spektralbereich können eine Schwerpunktswellenlänge und eine Halbwertsbreite vorliegen. Ein breiter Spektralbereich kann aber auch aus einer Anzahl schmaler Spektralbereiche zusammengesetzt sein, der dann auch mehrere lokale Maxima in der Intensität bzw. der Transmission aufweisen kann. Ein Spektralbereich braucht auch nicht symmetrisch um eine zentrale Wellenlänge zu sein. Typischerweise ist insbesondere der breite Spektralbereich unsymmetrisch, wenn er von einer Glühlampe erzeugt wird, deren Leuchten auf der Temperatur eines Glühelements basiert.Typically, the broad spectral range has a spectral width of at least 200 nm, in particular at least 300 nm, and more particularly a width of at least 400 nm. In special cases, it can even have a width of at least 700 nm. If the broad spectral range is intended to encompass visible light, it has a width of at least 300 nm (e.g., at least from 400 to 700 nm) and in particular at least 370 nm (e.g., at least from 380 to 750 nm). If, for example, it is also intended to encompass the infrared spectral range and parts of the ultraviolet spectral range, the broad spectral range can also be more than 400 nm or even more than 700 nm wide (e.g., from 360 to 800 nm or even from 360 nm to 1100 nm). A narrow spectral range, on the other hand, is considered to be a spectral range whose spectral width is a maximum of 35% of the wide spectral range. In particular, the spectral width of the narrow spectral range can also be a maximum of 20% of the wide spectral range, a maximum of 15% of the wide spectral range, or even a maximum of 10% of the wide spectral range. A narrow spectral range has a centroid wavelength that characterizes the spectrum of the narrow spectral range and represents the weighted arithmetic mean of the wavelengths of the narrow spectral range. The width of the narrow spectral range is considered to be the half-width, which is given by the amount of spectral separation between those wavelengths at which the intensity value has dropped from a maximum intensity of the narrow spectral range to half the maximum intensity value. A central wavelength and a half-width can also be present in the wide spectral range. However, a wide spectral range can also be made up of a number of narrow spectral ranges, which can then also have several local maxima in intensity or transmission. A spectral range does not have to be symmetrical around a central wavelength. Typically, the wide spectral range in particular is asymmetrical when it is produced by an incandescent lamp whose glow is based on the temperature of a filament.

Erfindungsgemäß ist in der Steuereinrichtung für den Farbraum eine maximal zulässige Abweichung vom bestimmten Punkt vorgegeben. Außerdem ist die Steuereinrichtung dazu eingerichtet, die Lichtquelleananordung derart zu steuern, dass durch die Veränderung der Strahlungsleistung in wenigstens einem der wenigstens zwei schmalen Spektralbereiche in der am Objekt ankommenden Strahlungsleistung nur Farbtonänderungen verursacht werden, welche die vorgegebene maximal zulässige Abweichung von dem bestimmten Punk des Farbraums nicht überschreiten.According to the invention, a maximum permissible deviation from the specific point is specified in the control device for the color space. Furthermore, the control device is configured to control the light source arrangement such that the change in the radiant power in at least one of the at least two narrow spectral ranges causes only hue changes in the radiant power arriving at the object that do not exceed the specified maximum permissible deviation from the specific point of the color space.

Die maximal zulässige Abweichung von dem bestimmten Punkt kann dabei bspw. durch einen festen Maximalwert vorgegeben sein. Die zulässige Abweichung von dem bestimmten Punkt kann aber auch von der Richtung im Farbraum abhängen, etwa um unterschiedliche Empfindlichkeiten des Auges auf unterschiedliche Farben zu berücksichtigen. Zudem kann die maximal zulässige Abweichung auch vom Ort des bestimmten Punktes im Farbraum abhängen. Wegen der im Vergleich zum grünen Spektralbereich geringeren Empfindlichkeit des menschlichen Auges im Roten und im violetten Spektralbereich können insbesondere Wellenlängen im Bereich des Übergangs zwischen Violett und Ultraviolett sowie im Bereich des Übergangs zwischen Rot und Infrarot stärker verändert werden als Wellenlängen im grünen Spektralbereich, ohne dass eine störende Änderung der Farbwahrnehmung stattfindet.The maximum permissible deviation from the specific point can, for example, be specified by a fixed maximum value. However, the permissible deviation from the specific point can also depend on the direction in the color space, for example to take into account different sensitivities of the eye to different colors. In addition, the maximum permissible deviation can also depend on the location of the specific point in the color space. Due to the lower sensitivity of the human eye in the red and violet spectral ranges compared to the green spectral range, wavelengths in the transition region between violet and ultraviolet and in the transition region between red and infrared can be changed more significantly than wavelengths in the green spectral range without causing a disruptive change in color perception.

Eine sowohl von der Richtung im Farbraum als auch vom bestimmten Punkt im Farbraum abhängige maximal zulässige Abweichung kann bspw. mittels der sog. MacAdam-Ellipse vorgegeben werden. Die 11 zeigt schematisch den CIExy-Farbraum 94 mit eingezeichneten MacAdam-Ellipsen um bestimmte Farbtöne (Mittelpunkte der Ellipsen). Außerdem zeigt die Figur den sog. Planck'schen Kurvenzug 99, welcher die Farben eines schwarzen thermischen Strahlers in Abhängigkeit von dessen Temperatur repräsentiert, wobei die Temperatur des schwarzen thermischen Strahlers entlang des Planck'schen Kurvenzugs 99 in der Figur von rechts nach links zunimmt. Die in der 11 eingezeichneten Punkte 96, 98 und 100 stellen somit Weißlicht mit verschiedenen Farbtemperaturen dar. In der Figur repräsentieren die untere Ecke des Farbraums 94 blaues Licht mit einer Wellenlänge von 380 nm, die rechte Ecke des Farbraums 94 rotes Licht mit einer Wellenlänge von 700 nm und die abgerundete Spitze des Farbraums 94 grünes Licht mit einer Wellenlänge von 520 nm. Wie der 11 zu entnehmen ist, hängen die Größe und die Elliptizität einer MacAdam-Ellipse vom Ort im Farbraum ab. Dabei ist jedoch zu beachten, dass die eingezeichneten MacAdam-Ellipsen der besseren Erkennbarkeit halber um etwa das zehnfache vergrößert dargestellt sind. Die tatsächlichen MacAdam-Ellipsen sind somit erheblich kleiner als die in die 11 eingezeichneten Ellipsen.A maximum permissible deviation, which depends on both the direction in the color space and the specific point in the color space, can be specified, for example, using the so-called MacAdam ellipse. 11 shows a schematic of the CIExy color space 94 with MacAdam ellipses around specific hues (centers of the ellipses). Furthermore, the figure shows the so-called Planck curve 99, which represents the colors of a blackbody thermal radiator as a function of its temperature, with the temperature of the blackbody thermal radiator increasing from right to left along the Planck curve 99 in the figure. 11 The points 96, 98 and 100 represent white light with different color temperatures. In the figure, the lower corner of the color space 94 represents blue light with a wavelength of 380 nm, the right corner of the color space 94 represents red light with a wavelength of 700 nm and the rounded tip of the color space 94 represents green light with a wavelength of 520 nm. 11 As can be seen, the size and ellipticity of a MacAdam ellipse depend on its location in the color space. However, it should be noted that the MacAdam ellipses shown are enlarged by about ten times for better visibility. The actual MacAdam ellipses are therefore considerably smaller than those shown in the 11 drawn ellipses.

Farbtöne, die innerhalb einer MacAdam-Ellipse liegen, können vom menschlichen Auge nicht unterschieden werden, so dass beim zeitsequentiellen Verändern der am Objekt ankommenden Strahlungsleistungen die Farbtonänderungen des am Objekt ankommenden Lichtes vom menschlichen Auge nicht wahrgenommen werden können. Ein Betrachter des mit der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung beleuchteten Objekts nimmt somit keine Farbtonänderung im Beleuchtungslichtes wahr, sodass sein Farbeindruck beim Betrachten des Objekts während des zeitsequenziellen Veränderns der am Objekt ankommenden Strahlungsleistungen in den wenigstens zwei schmalen Spektralbereichen erhalten bleibt. Wenn die Bilder von einem Bildsensor aufgenommen werden, kann eine Auswertungseinrichtung jedoch die innerhalb einer MacAdam-Ellipse liegenden Farbtonänderungen auswerten und so das auf den jeweiligen schmalen Wellenlängenbereich zurückgehende Signal extrahieren. Dies ermöglicht das Aufnehmen von Multispektralbildern während der Arbeit eines Chirurgen, ohne dabei den Chirurg in seiner Wahrnehmung des Beobachtungsobjekts zu beeinträchtigen. Es ist somit nicht nötig, zwischen einem Modus zur Aufnahme von Multispektralbildern und einem Modus zur Aufnahme von Weißlichtbildern zu wechseln. Da die Farbtonänderungen während der Aufnahme der Multispektralbilder nicht wahrgenommen werden, sind auch keine Beschränkung der Belichtungsdauer zur Aufnahme der Multispektralbilder notwendig.Color tones that lie within a MacAdam ellipse cannot be distinguished by the human eye, so that when the radiation power arriving at the object is changed sequentially in time, the color tone changes of the light arriving at the object cannot be perceived by the human eye. A viewer of the object illuminated with the illumination device according to the invention thus does not perceive any color tone change in the illumination light, so that their color impression when viewing the object is maintained during the time-sequential change of the radiation power arriving at the object in the at least two narrow spectral ranges. However, if the images are recorded by an image sensor, an evaluation device can evaluate the color tone changes lying within a MacAdam ellipse and thus extract the signal attributable to the respective narrow wavelength range. This enables the recording of multispectral images during a surgeon's work without impairing the surgeon's perception of the object being observed. This eliminates the need to switch between a mode for capturing multispectral images and a mode for capturing white light images. Since color changes are not noticeable during multispectral image capture, there is no need to limit the exposure time for capturing multispectral images.

Farbtonänderungen fallen insbesondere im Vergleich zueinander auf. Beispielsweise, wenn sich der Farbton zeitsequentiell rasch ändert, also mit einer hohen Frequenz, kann die rasche Folge der Farbtonänderungen als irritierendes Farbflackern wahrgenommen werden, wenn die aufeinanderfolgenden Farbtöne, eine geringe vorgegebene maximal zulässige Abweichung überschreiten, also bspw. nicht innerhalb einer MacAdam-Ellipse liegen. Wenn die zeitsequentielle Änderung der Farbtöne dagegen langsam erfolgt, wird eine Farbtonänderung als weniger störend wahrgenommen. In solchen Fällen kann eine größere maximal zulässige Abweichung vorgegeben werden. Beispielsweise kann es in solchen Fällen ausreichen, wenn durch die Veränderung der Strahlungsleistung in wenigstens einem der wenigstens zwei schmalen Spektralbereiche in der am Objekt ankommenden Strahlungsleistung nur Farbtonänderungen verursacht werden, die innerhalb einer Ellipse liegen, deren Halbachsen jeweils einem Mehrfachen einer MacAdam-Ellipse im CIExy-Farbraum entsprechen, bspw. dem doppelten einer MacAdam-Ellipse, dem vierfachen einer MacAdam-Ellipse oder gar dem sechsfachen einer MacAdam-Ellipse. Außerdem können die akzeptablen Farbtonänderungen von der Anwendung, bei der die Lichtquelle zum Einsatz kommt (intraoperative Erzeugung von Multispektralbildern, präoperative Erzeugung von Multispektralbildern, postoperative Erzeugung von Multispektralbildern, etc.), abhängen. Die Steuereinrichtung kann daher bspw. dazu eingerichtet sein, die Lichtquelleananordung derart zu steuern, dass durch die Veränderung der Strahlungsleistung in wenigstens einem der wenigstens zwei schmalen Spektralbereiche in der am Objekt ankommenden Strahlungsleistung nur Farbtonänderungen verursacht werden, die innerhalb einer Ellipse liegen, deren Halbachsen jeweils höchstens einem vorgegebenen Mehrfachen einer MacAdam-Ellipse im CIExy-Farbraum entsprechen, bspw. dem doppelten einer MacAdam-Ellipse, dem vierfachen einer MacAdam-Ellipse oder gar dem sechsfachen einer MacAdam-Ellipse. Insbesondere kann die Steuereinrichtung aber auch dazu eingerichtet sein, die Lichtquelleananordung derart zu steuern, dass durch die Veränderung der Strahlungsleistung in wenigstens einem der wenigstens zwei schmalen Spektralbereiche in der am Objekt ankommenden Strahlungsleistung nur Farbtonänderungen verursacht werden, die innerhalb einer MacAdam-Ellipse liegen. Zudem kann die Steuereinrichtung eine Einstelleinrichtung umfassen, mit deren Hilfe die maximal zulässige Abweichung vom bestimmten Punkt im Farbraum eingestellt werden kann. Diese Einstelleinrichtung kann Teil eines Bedienfeldes sein, in eine grafische Nutzeroberfläche (GUI) integriert sein, Teil eines Spracheingabemoduls zum Eingeben von Sprachbefehlen sein, etc. Hue changes are particularly noticeable when compared to each other. For example, if the hue changes rapidly sequentially, i.e. at a high frequency, the rapid succession of hue changes can be perceived as irritating color flickering. perceived when the successive color tones exceed a small, specified maximum permissible deviation, i.e., for example, do not lie within a MacAdam ellipse. If, on the other hand, the time-sequential change in the color tones occurs slowly, a change in color tone is perceived as less disturbing. In such cases, a larger maximum permissible deviation can be specified. For example, it may be sufficient in such cases if the change in the radiant power in at least one of the at least two narrow spectral ranges in the radiant power arriving at the object only causes changes in color tone that lie within an ellipse whose semi-axes each correspond to a multiple of a MacAdam ellipse in the CIExy color space, e.g., twice a MacAdam ellipse, four times a MacAdam ellipse, or even six times a MacAdam ellipse. Furthermore, the acceptable color tone changes may depend on the application in which the light source is used (intraoperative generation of multispectral images, preoperative generation of multispectral images, postoperative generation of multispectral images, etc.). The control device can therefore, for example, be configured to control the light source arrangement such that the change in the radiant power in at least one of the at least two narrow spectral ranges in the radiant power arriving at the object only causes color tone changes that lie within an ellipse whose semi-axes each correspond at most to a predetermined multiple of a MacAdam ellipse in the CIExy color space, e.g., twice a MacAdam ellipse, four times a MacAdam ellipse, or even six times a MacAdam ellipse. In particular, the control device can also be configured to control the light source arrangement such that changing the radiant power in at least one of the at least two narrow spectral ranges in the radiant power arriving at the object only causes hue changes that lie within a MacAdam ellipse. Furthermore, the control device can comprise an adjustment device with which the maximum permissible deviation from the specific point in the color space can be set. This adjustment device can be part of a control panel, integrated into a graphical user interface (GUI), part of a voice input module for entering voice commands, etc.

Statt der Vorgabe einer maximal zulässige Abweichung anhand einer MacAdam-Ellipse können auch andere Vorgaben, die nicht auf der MacAdam-Ellipse beruhen, zur Anwendung kommen. Dabei können auch andere Farbräume Verwendung finden. Beispielsweise kann im sRGB-Farbraum um einen Punkt, welcher einen Farbton repräsentiert, eine Kugel mit einem vorgegeben Radus gelegt werden. Wenn der Radus klein genug ist, befinden sich innerhalb der Kugel nur Farbtöne, die sich vom menschlichen Auge nicht unterscheiden lassen. Der entsprechende Radius kann dann im sRGB-Farbraum die maximal zulässige Abweichung repräsentieren. Eine derartige Festlegung der maximal zulässigen Abweichung ist grundsätzlich auch in jedem anderen Farbraum möglich. Da Farbräume ineinander transformiert werden können, besteht auch die Möglichkeit eine in einem Farbraum gegebene Ellipse oder eine Kugel in einen anderen Farbraum zu übertragen. Beispielsweise kann die Ellipse aus dem CIExy-Farbraum in einen anderen Farbraum wie etwa in den sRGB-Farbraum übertragen werden, wobei die einfache geometrische Form einer Ellipse dann nicht notwendigerweise erhalten bleibt. Eine weitere Möglichkeit, eine maximal zulässige Abweichung vorzugeben, besteht insbesondere bei weißen Farbtönen darin, einen maximal zulässigen Duv-Wert vorzugeben. Der Duv-Wert gibt dabei die Lage des Farbtons in Bezug auf einen Weißpunkt 96, 98, 100 auf dem Planck'schen Kurvenzug 99 (siehe 11) an. Ein positiver Duv-Wert repräsentiert eine Verschiebung des Farbtons in Richtung auf einen gelb-grünlichen Farbton, ein negativer Duv-Wert eine Verschiebung in Richtung auf einen purpurnen Farbton. Je kleiner der Duv-Wert ist, desto näher liegt der Farbton am entsprechenden Weißpunkt 96, 98, 100 und desto schwieriger ist es, den Unterschied zwischen dem Farbton und dem entsprechenden Weißpunkt 96, 98, 100 zu erkennen. Wenn als maximal zulässige Abweichung ein kleiner Duv-Wert vorgegeben wird, kann der Unterschied zwischen dem Farbton und dem Weißpunkt nur schwer wahrgenommen werden, und wenn ein Duv-Wert vorgegeben wird, der klein genug ist, kann der Unterschied gar nicht mehr wahrgenommen werden.Instead of specifying a maximum permissible deviation based on a MacAdam ellipse, other specifications that are not based on the MacAdam ellipse can also be applied. Other color spaces can also be used in this case. For example, in the sRGB color space, a sphere with a specified radius can be placed around a point that represents a hue. If the radius is small enough, the sphere will only contain hues that are indistinguishable to the human eye. The corresponding radius can then represent the maximum permissible deviation in the sRGB color space. In principle, such a definition of the maximum permissible deviation is also possible in any other color space. Since color spaces can be transformed into one another, it is also possible to transfer an ellipse or a sphere given in one color space to another color space. For example, the ellipse can be transferred from the CIExy color space to another color space, such as the sRGB color space, although the simple geometric shape of an ellipse is not necessarily retained. Another way to specify a maximum permissible deviation, especially for white colors, is to specify a maximum permissible Duv value. The Duv value indicates the position of the color tone in relation to a white point 96, 98, 100 on the Planck curve 99 (see 11 ). A positive Duv value represents a shift in hue towards a yellow-greenish hue, a negative Duv value a shift towards a purple hue. The smaller the Duv value, the closer the hue is to the corresponding white point 96, 98, 100 and the more difficult it is to perceive the difference between the hue and the corresponding white point 96, 98, 100. If a small Duv value is specified as the maximum permissible deviation, the difference between the hue and the white point is difficult to perceive, and if a Duv value is specified that is small enough, the difference may not be perceptible at all.

In einer ersten Ausgestaltung der Lichtquelleananordung kann diese eine im gesamten breiten Spektralbereich emittierende breitbandige Lichtquelle und für wenigstens einen der schmalen Spektralbereiche wenigstens einen von der Steuereinrichtung in den Strahlengang einbringbaren Spektralfilter umfassen. Zusätzlich oder alternativ zu dem wenigstens einen von der Steuereinrichtung in den Strahlengang einbringbaren Spektralfilter kann die Lichtquellenanordnung wenigstens eine von der Steuereinrichtung in ihrer Strahlungsleistung einstellbare Lichtquelle umfassen, die in einem der wenigstens zwei schmalen Spektralbereiche emittiert. Dabei kann die Lichtquelleananordung wenigstens zwei von der Steuereinrichtung in ihrer Strahlungsleistung einstellbare Lichtquellen umfassen, bspw. zwei, drei, vier oder mehr Lichtquellen, wobei die Lichtquellen jeweils in einem anderen schmalen Spektralbereich emittieren. In manchen Varianten kann die Lichtquelleananordung wenigstens sechs und insbesondere wenigstens zwölf in ihrer Strahlungsleistung einstellbare Lichtquellen umfassen, die in unterschiedlichen schmalen Spektralbereichen emittieren.In a first embodiment of the light source arrangement, it can comprise a broadband light source emitting across the entire broad spectral range and, for at least one of the narrow spectral ranges, at least one spectral filter that can be introduced into the beam path by the control device. In addition or alternatively to the at least one spectral filter that can be introduced into the beam path by the control device, the light source arrangement can comprise at least one light source whose radiant power can be adjusted by the control device and which emits in one of the at least two narrow spectral ranges. The light source arrangement can comprise at least two light sources whose radiant power can be adjusted by the control device, for example, two, three, four or more light sources, wherein the light sources each emit in a different narrow spectral range. In some variants, the light source arrangement can comprise at least six and in particular comprise at least twelve light sources whose radiant power can be adjusted and which emit in different narrow spectral ranges.

Als breitbandige Lichtquellen können etwa wenigstens eine Glühlampen wie bspw. Halogenglühlampen oder wenigstens ein Lumineszenzstrahler wie bspw. Gasentladungslampen, Leuchtdioden (LEDs), insbesondere Weißlicht-LEDs, organische Leuchtdioden (OLEDs), etc. Verwendung finden. Die breitbandige Lichtquelle kann dabei insbesondere auch mehrere Lichtquellen beinhalten, die erst in Zusammenwirkung die breitbandige Lichtquelle bilden. Die Spektralfilter können jeweils ein Band mit einer Bandbreite von nicht mehr als 50 nm, insbesondere nicht mehr als 30 nm, weiter insbesondere nicht mehr als 20 nm aufweisen, und die Mittelpunkte der Bänder können mindestens 35 nm, insbesondere mindestens 45 nm und weiter insbesondere mindestens 60 nm im Spektrum voneinander entfernt sein. Das Band des jeweiligen Spektralfilters kann dabei entweder zu einer gegenüber dem breiten Spektralbereich erhöhten oder verringerten Transmission des Filters führen.Broadband light sources can be at least one incandescent lamp such as a halogen lamp or at least one luminescent lamp such as a gas discharge lamp, light-emitting diodes (LEDs), in particular white light LEDs, organic light-emitting diodes (OLEDs), etc. The broadband light source can in particular also contain a plurality of light sources which only form the broadband light source when they interact. The spectral filters can each have a band with a bandwidth of no more than 50 nm, in particular no more than 30 nm, more particularly no more than 20 nm, and the centers of the bands can be at least 35 nm, in particular at least 45 nm, and more particularly at least 60 nm apart in the spectrum. The band of the respective spectral filter can lead to either increased or reduced transmission of the filter compared to the broad spectral range.

Die in ihrer Strahlungsleistung einstellbaren Lichtquellen können wie beschrieben zusätzlich zu einer breitbandigen Lichtquelle vorhanden sein. The light sources, which can be adjusted in their radiant power, can be present in addition to a broadband light source, as described.

Alternativ können die schmalen Spektralbereiche der in ihrer Strahlungsleistung einstellbaren Lichtquellen aber auch gemeinschaftlich wenigstens einen Teilbereich des breiten Spektralbereichs oder gar den gesamten breiten Spektralbereich bilden. In letzteren Fall ist keine zusätzliche breitbandige Lichtquelle nötig. Die schmalbandigen Lichtquellen können LEDs, OLEDs, Laser, etc. sein, die in unterschiedlichen schmalen Spektralbereichen emittieren. Die Breite der schmalen Spektralbereiche ist bei LEDs und OLEDs typischerweise nicht größer als 75 nm, insbesondere nicht größer als 50 nm und weiter insbesondere nicht größer als 25 nm. Bei Lasern kann sie sogar noch kleiner sein, bspw. nicht größer als 10 nm, insbesondere nicht größer als 5 nm, weiter insbesondere nicht größer als 3 nm und noch weitere insbesondere nicht größer als 1 nm oder sogar nicht größer als 0,5 nm.Alternatively, the narrow spectral ranges of the light sources, the radiant power of which can be adjusted, can also jointly form at least a portion of the broad spectral range or even the entire broad spectral range. In the latter case, no additional broadband light source is necessary. The narrowband light sources can be LEDs, OLEDs, lasers, etc., which emit in different narrow spectral ranges. The width of the narrow spectral ranges for LEDs and OLEDs is typically no greater than 75 nm, in particular no greater than 50 nm, and more particularly no greater than 25 nm. For lasers, it can be even smaller, e.g., no greater than 10 nm, in particular no greater than 5 nm, more particularly no greater than 3 nm, and even more particularly no greater than 1 nm or even no greater than 0.5 nm.

Sofern zwei oder mehr schmalbandige Lichtquellen zu einem breiteren Spektralbereich kombiniert werden sollen, bestehen grundsätzlich mehrere Möglichkeiten, diese Kombination durchzuführen. Beispielsweis können die schmalbandigen Lichtquellen räumlich so nahe beieinander angeordnet sein, dass die einzelnen spektralen Komponenten nicht räumlich aufgelöst wahrgenommen werden können, wie dies bspw. bei RGB-Displays der Fall ist. Dabei können die schmalbandigen Lichtquellen in einer linearen Anordnung angeordnet zu sein, insbesondere dann, wenn der breitere Spektralbereich nur wenige schmalbandige Spektralbereiche umfassen soll und daher nur wenige schmalbandige Lichtquellen benötigt werden. Alternativ können die schmalbandigen Lichtquellen in Art einer Matrix in einer zweidimensionalen Anordnung angeordnet sein. Eine matrixartige Anordnung kann bspw. die lineare Anordnung von schmalbandigen Lichtquellen senkrecht zur Ausdehnungsrichtung der linearen Anordnung wiederholen, wobei die Anordnung der Lichtquellen in den einzelnen linearen Anordnung auch permutiert werden kann. Daneben bietet eine matrixartige Anordnung die Möglichkeit eine bereits zweidimensionale Grundanordnung an schmalbandigen Lichtquellen in einer oder zwei Dimensionen zu wiederholen. Für jeden schmalen Spektralbereich sind in der matrixartigen Anordnung somit so viele schmalbandige Lichtquellen wie Wiederholungen vorhanden. Dies kann im Hinblick auf eine homogene Ausleuchtung des Beobachtungsobjekts Vorteile mit sich bringen.If two or more narrowband light sources are to be combined to create a broader spectral range, there are basically several ways to implement this combination. For example, the narrowband light sources can be arranged so close to one another that the individual spectral components cannot be perceived with spatial resolution, as is the case with RGB displays, for example. The narrowband light sources can be arranged in a linear arrangement, particularly if the broader spectral range is only intended to cover a few narrowband spectral ranges and therefore only a few narrowband light sources are required. Alternatively, the narrowband light sources can be arranged in a matrix-like manner in a two-dimensional arrangement. A matrix-like arrangement can, for example, repeat the linear arrangement of narrowband light sources perpendicular to the direction of extension of the linear arrangement, whereby the arrangement of the light sources in the individual linear arrangements can also be permuted. In addition, a matrix-like arrangement offers the possibility of repeating an already basic two-dimensional arrangement of narrowband light sources in one or two dimensions. For each narrow spectral range, the matrix-like arrangement thus contains as many narrowband light sources as there are repeats. This can be advantageous in terms of homogeneous illumination of the object under observation.

Die Kombination der schmalbandigen Spektralbereiche durch räumliche Nähe der schmalbandigen Lichtquellen ist insofern vorteilhaft, dass keine weiteren optischen Elemente zum Kombinieren nötig sind, sofern die schmalbandigen Lichtquellen klein genug sind, wie dies bspw. bei LEDs, OLEDs, Halbleiterlasern, etc. der Fall ist. Bei größeren schmalbandigen Lichtquellen besteht die Möglichkeit, die schmalbandigen Lichtquellen als primäre Lichtquellen mit größerem Abstand voneinander anzuordnen und ihr Licht in optische Fasern einzukoppeln, deren Ausgänge dann nahe beieinander liegen können und sekundäre Lichtquellen bilden.The combination of the narrowband spectral ranges through spatial proximity of the narrowband light sources is advantageous in that no additional optical elements are required for combination, provided the narrowband light sources are small enough, as is the case with LEDs, OLEDs, semiconductor lasers, etc. For larger narrowband light sources, it is possible to arrange the narrowband light sources as primary light sources with a greater distance from each other and to couple their light into optical fibers, whose outputs can then be close to each other and form secondary light sources.

Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, in verschiedenen schmalen Spektralbereichen emittierende schmalbandige Lichtquellen über Spektralfilter miteinander zu kombinieren. Beispielsweise können Interferenzfilter mit einem Passband oder mehreren Passbändern ausgestattet werden, in denen sie bestimmte Wellenlängen passieren lassen, wohingegen sie die übrigen Wellenlängen reflektieren. Das Einbringen eines solchen Filters in den Strahlengang ermöglicht es, Licht, welches den Filter aufgrund dessen Transmissionseigenschaften passiert, mit Licht zu kombinieren, welches vom Filter reflektiert wird. Auf diese Weise besteht die Möglichkeit, unterschiedliche Wellenlängen entlang desselben optischen Pfades zu überlagern.Furthermore, it is possible to combine narrowband light sources emitting in different narrow spectral ranges using spectral filters. For example, interference filters can be equipped with one or more passbands in which they allow certain wavelengths to pass while reflecting the remaining wavelengths. Incorporating such a filter into the beam path makes it possible to combine light that passes through the filter due to its transmission properties with light that is reflected by the filter. This makes it possible to superimpose different wavelengths along the same optical path.

Ebenso besteht die Möglichkeit, Licht in unterschiedlichen Spektralbereichen mit zueinander orthogonalen Polarisationen zu versehen und dann beispielsweise einen Polarisationsstrahlteiler zu verwenden, der Licht mit der einen Polarisation passieren lässt und Licht mit der dazu orthogonalen Polarisation reflektiert. Dies ermöglicht es, insbesondere sehr eng beieinander liegende schmale Spektralbereiche, welche bei einer Kombination über einen Spektralfilter sehr hohe Anforderungen an den Spektralfilter stellen würden, zu einem etwas breiteren Spektralbereich zu kombinieren. Ein derartiger etwas breiterer Spektralbereich kann dann gegebenenfalls auch mittels Spektralfiltern mit weiteren Spektralbereichen kombiniert werden, wie dies oben beschrieben worden ist. Als Alternative zu Polarisationsstrahlteilern, die Licht mit der einen Polarisation passieren lassen und Licht mit der dazu orthogonalen Polarisation reflektierten, gibt es auch eine kristalline Form von Polarisationsstrahlteilern, bei denen Doppelbrechung ausgenutzt wird. In solchen Polarisationsstrahlteilern haben orthogonale Polarisationen unterschiedliche Brechzahlen. Dies resultiert in unterschiedlichen Austrittswinkeln aus einem derartigen Polarisationsstrahlteiler und somit in unterschiedlichen Lichtwegen nach dem Austritt aus dem Polarisationsstrahlteiler.It is also possible to provide light in different spectral ranges with mutually orthogonal polarizations and then, for example, to use a polarization beam splitter that allows light with one polarization to pass through and reflects light with the orthogonal polarization. This makes it possible, in particular, to combine narrow spectral bands that are very close to one another. ranges, which would place very high demands on the spectral filter if combined using a spectral filter, to form a somewhat broader spectral range. Such a somewhat broader spectral range can then, if necessary, also be combined with other spectral ranges using spectral filters, as described above. As an alternative to polarization beam splitters, which allow light with one polarization to pass through and reflect light with the orthogonal polarization, there is also a crystalline form of polarization beam splitter that utilizes birefringence. In such polarization beam splitters, orthogonal polarizations have different refractive indices. This results in different exit angles from such a polarization beam splitter and thus in different light paths after exiting the polarization beam splitter.

Wenn die Lichtquellenanordnung mehr als zwei in den Strahlengang einbringbare Spektralfilter bzw. mehr als zwei in ihrer Strahlungsleistung einstellbare Lichtquellen umfasst, kann die Steuereinrichtung in einer Variante der Erfindung dazu eingerichtet sein, die Lichtquellenanordnung derart zu steuern, dass eine Veränderung der Strahlungsleistung in wenigstens einem der wenigstens zwei schmalen Spektralbereiche durch eine Veränderung der Strahlungsleistung in wenigstens einem anderen der wenigstens zwei schmalen Spektralbereiche derart ausgeglichen wird, dass durch die Veränderung der Strahlungsleistungen in den schmalen Spektralbereichen in der am Objekt ankommenden Strahlungsleistung nur Farbtonänderungen verursacht werden, welche die vorgegebene maximal zulässige Abweichung von dem bestimmten Punk des Farbraums nicht überschreiten. In einem einfachen Beispiel kann die Strahlungsleistungen wenigstens in einem ersten schmalen Spektralbereich und in einem zweiten schmalen Spektralbereich simultan erhöht oder verringert werden. Mit einem geeigneten Abstand zwischen dem ersten schmalen Spektralbereich und dem zweiten schmalen Spektralbereich kann die resultierende Farbtonänderung geringer ausfallen, als wenn lediglich einer der beiden schmalen Spektralbereiche erhöht oder verringert würde, so dass für eine Auswerteeinheit gut auswertbare spektrale Änderungen herbeigeführt werden können, die in Summe die vorgegebene maximal zulässige Abweichung von dem bestimmten Punk des Farbraums nicht überschreiten. Wenn beispielsweise bei einer Beleuchtung mit einem weißen Farbton zwei im roten Spektralbereich liegende schmale Spektralbereiche, zwei im grünen Spektralbereich liegende schmale Spektralbereiche und zwei im blauen Spektralbereich liegende schmale Spektralbereiche vorhanden sind und einer der im roten Spektralbereich, einer der im grünen Spektralbereich und einer der im blauen Spektralbereich liegenden schmalen Spektralbereiche in seiner Strahlungsleistung erhöht oder verringert wird, kann erreicht werden, dass die vorgegebene maximal zulässige Abweichung vom weißen Farbton selbst bei einer deutlichen Erhöhung oder Verringerung der der jeweiligen Strahlungsleistungen nicht überschreiten wird und somit der ursprüngliche weiße Farbton innerhalb der Wahrnehmungsgrenzen des menschlichen Auges erhalten bleibt.If the light source arrangement comprises more than two spectral filters that can be introduced into the beam path or more than two light sources whose radiant power is adjustable, the control device can be configured in a variant of the invention to control the light source arrangement such that a change in the radiant power in at least one of the at least two narrow spectral ranges is compensated for by a change in the radiant power in at least one other of the at least two narrow spectral ranges such that the change in the radiant power in the narrow spectral ranges only causes hue changes in the radiant power arriving at the object that do not exceed the predetermined maximum permissible deviation from the specific point of the color space. In a simple example, the radiant power can be increased or decreased simultaneously at least in a first narrow spectral range and in a second narrow spectral range. With a suitable distance between the first narrow spectral range and the second narrow spectral range, the resulting color tone change can be smaller than if only one of the two narrow spectral ranges were increased or decreased, so that spectral changes that are easy to evaluate for an evaluation unit can be brought about, which in total do not exceed the specified maximum permissible deviation from the specific point of the color space. If, for example, in the case of lighting with a white hue, there are two narrow spectral ranges in the red spectral range, two narrow spectral ranges in the green spectral range and two narrow spectral ranges in the blue spectral range and one of the narrow spectral ranges in the red spectral range, one of the narrow spectral ranges in the green spectral range and one of the narrow spectral ranges in the blue spectral range is increased or reduced in its radiant power, it can be achieved that the specified maximum permissible deviation from the white hue will not be exceeded even with a significant increase or reduction in the respective radiant powers and thus the original white hue is retained within the limits of perception of the human eye.

In einem anderen Beispiel kann bei einer Beleuchtung mit einem weißen Farbton die Lichtquellenanordnung derart gesteuert werden, dass die Strahlungsleistung wenigstens in einem schmalen Spektralbereich erhöht wird und gleichzeitig die Strahlungsleistung in wenigstens einem zweiten schmalen Spektralbereich verringert wird, wobei die Schwerpunktwellenlängen der beiden spektralen Teilbereiche, deren Strahlungsleistung erhöht und verringert wird, nahe beieinanderliegen. Dadurch kann erreicht werden, dass die Auswirkung der Erhöhung der Strahlungsleistung in dem einen schmalen Spektralbereich auf den Farbton durch die Verringerung in dem anderen schmalen Spektralbereich soweit kompensiert wird, dass die damit verbundene Farbtonänderung unterhalb der Wahrnehmungsschwelle des menschlichen Auges liegt, d.h. die vorgegebene maximal zulässige Abweichung vom weißen Farbton nicht überschritten wird. So kann beispielsweise die Strahlungsleistung in einem ersten blauen Spektralbereich erhöht und in einem zweien blauen Spektralbereich verringert werden, ohne dass die vorgegebene maximal zulässige Abweichung vom weißen Farbton überschritten wird. Entsprechendes gilt für Änderungen der Strahlungsleistungen im grünen oder roten Spektralbereich.In another example, for illumination with a white hue, the light source arrangement can be controlled such that the radiant power is increased in at least one narrow spectral range and, at the same time, the radiant power is reduced in at least a second narrow spectral range, wherein the centroid wavelengths of the two spectral sub-ranges whose radiant power is increased and reduced are close to one another. This can compensate for the effect of increasing the radiant power in one narrow spectral range on the hue by reducing it in the other narrow spectral range to such an extent that the associated change in hue lies below the perception threshold of the human eye, i.e., the predetermined maximum permissible deviation from the white hue is not exceeded. For example, the radiant power can be increased in a first blue spectral range and decreased in a second blue spectral range without exceeding the predetermined maximum permissible deviation from the white hue. The same applies to changes in the radiant power in the green or red spectral range.

In der erfindungsgemäßen Lichtquellenanordnung kann die Steuereinrichtung außerdem zum derartigen Steuern der Lichtquelleananordung ausgelegt sein, dass beim Verändern der Strahlungsleistung in wenigstens einem der wenigstens zwei schmalen Spektralbereiche nur Helligkeitsänderungen in der am Objekt ankommenden Strahlungsleistung auftreten, die maximal 10% betragen, insbesondre maximal 5%, weiter insbesondere maximal 3% und noch weiter insbesondere maximal 1% oder gar maximal 0,1%. Dabei kann die akzeptierte maximale Helligkeitsänderung wir schon bei der akzeptierten maximalen Farbtonänderung von der Frequenz, mit der die Änderungen erfolgen, und/oder von der Anwendung, bei der die Lichtquelle zum Einsatz kommt (intraoperative Erzeugung von Multispektralbildern, präoperative Erzeugung von Multispektralbildern, postoperative Erzeugung von Multispektralbildern, etc.), abhängen. Eine etwaige durch das Verändern der Strahlungsleistung in wenigstens einem der wenigstens zwei schmalen Spektralbereiche verursachte Helligkeitsänderung kann dabei durch Begrenzen der Verändern der Strahlungsleistung in wenigstens einen Spektralbereich erfolgen oder dadurch, dass eine durch das Verändern der Strahlungsleistung in wenigstens einem der wenigstens zwei schmalen Spektralbereiche verursachte Helligkeitsänderung durch Verändern der Strahlungsleistung der Lichtquellenanordnung außerhalb des wenigstens einen Spektralbereichs ausgeglichen wird. Insbesondere wenn zum Ausgleichen eine Mehrzahl von Spektralbereichen außerhalb des wenigstens einen Spektralbereichs herangezogen wird, können die Helligkeitsschwankungen geringgehalten werden. Auch das zuvor beschriebene Erhöhen der Strahlungsleistung wenigstens in einem schmalen Spektralbereich bei gleichzeitigem Verringern der Strahlungsleistung in wenigstens einem zweiten schmalen Spektralbereich kann dazu genutzt werden, Helligkeitsschwankungen gering zu halten.In the light source arrangement according to the invention, the control device can also be designed to control the light source arrangement in such a way that when the radiation power is changed in at least one of the at least two narrow spectral ranges, only brightness changes in the radiation power arriving at the object occur which amount to a maximum of 10%, in particular a maximum of 5%, further in particular a maximum of 3% and even further in particular a maximum of 1% or even a maximum of 0.1%. The accepted maximum brightness change, as already with the accepted maximum color tone change, can depend on the frequency with which the changes occur and/or on the application in which the light source is used (intraoperative generation of multispectral images, preoperative generation of multispectral images, postoperative generation of multispectral images, etc.). Any brightness change caused by changing the radiation power in at least one of the at least two narrow spectral ranges can be limited by limiting the change in the Radiant power can be adjusted in at least one spectral range or by compensating for a brightness change caused by changing the radiant power in at least one of the at least two narrow spectral ranges by changing the radiant power of the light source arrangement outside the at least one spectral range. In particular, if a plurality of spectral ranges outside the at least one spectral range are used for compensation, the brightness fluctuations can be kept low. The previously described increase in the radiant power in at least one narrow spectral range while simultaneously reducing the radiant power in at least a second narrow spectral range can also be used to keep brightness fluctuations low.

Erfindungsgemäß wird außerdem eine Vorrichtung zur Erzeugung von spektrale Eigenschaften eines Objekts repräsentierenden Multispektralbildern zur Verfügung gestellt. Diese Vorrichtung beinhaltet wenigstens einem Bildsensor zum Aufnehmen von Bildern von einem Objekt und eine erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung. Außerdem beinhaltet die Vorrichtung eine Auswerteeinheit, welche die Multispektralbilder des Objekts anhand der aus der zeitsequentiellen Veränderung der am Objekt ankommenden Strahlungsleistungen resultierenden Änderungen der vom Objekt reflektierten und/oder gestreuten und am Bildsensor ankommenden Strahlungsleistung erzeugt. Hierbei ermöglicht die Verwendung der erfindungsgemäßen Lichtquellenanordnung das Aufnehmen von Multispektralbildern während der Arbeit eines Chirurgen, ohne dabei den Chirurg in seiner Wahrnehmung des Beobachtungsobjekts zu beeinträchtigen. Es ist somit nicht nötig, zwischen einem Modus zur Aufnahme von Multispektralbildern und einem Modus zur Aufnahme von Weißlichtbildern zu wechseln. Da die Farbtonänderungen während der Aufnahme der Multispektralbilder nicht störend wahrgenommen werden, sind auch keine Beschränkung der Belichtungsdauer zur Aufnahme der Multispektralbilder notwendig. Die Auswerteeinheit kann insbesondere so ausgelegt sein, dass sie die Auswertung in Echtzeit vornehmen kann, d.h. mit nur einer Verzögerung von wenigen Frames, bspw. mit einer Verzögerung von maximal fünf Frames, vorzugsweise von maximal zwei und idealerweise von weniger als einem Frame. Dies kann bspw. dazu genutzt werden, die Multispektralbilder oder Teile davon den Weißlichtbildern in Echtzeit zu überlagern.According to the invention, a device for generating multispectral images representing spectral properties of an object is also provided. This device includes at least one image sensor for recording images of an object and an illumination device according to the invention. The device also includes an evaluation unit that generates the multispectral images of the object based on the changes in the radiation power reflected and/or scattered by the object and arriving at the image sensor resulting from the time-sequential change in the radiation power arriving at the object. The use of the light source arrangement according to the invention enables the recording of multispectral images during a surgeon's work without impairing the surgeon's perception of the object being observed. It is therefore not necessary to switch between a mode for recording multispectral images and a mode for recording white light images. Since the color tone changes during the recording of the multispectral images are not perceived as disturbing, no limitation of the exposure time for recording the multispectral images is necessary. The evaluation unit can, in particular, be designed to perform the evaluation in real time, i.e., with a delay of only a few frames, e.g., with a delay of a maximum of five frames, preferably a maximum of two, and ideally less than one. This can be used, for example, to overlay the multispectral images or parts thereof on the white light images in real time.

Der in der Vorrichtung verwendete Bildsensor kann ein monochromatischer Bildsensor sein. Dies ist jedoch keine Notwendigkeit. Wenn unterschiedlichen Bereichen des Bildsensors jeweils Strahlungsleistung über einen von wenigstens zwei unterschiedlichen spektralen Kanälen zugeführt wird, ist die Auswerteeinheit dazu ausgelegt, beim Ermitteln der spektralen Eigenschaften des Objekts die Unterschiede der den jeweiligen Bereichen zugeführten Strahlungsleistungen auszuwerten. Damit können auch Bildsensoren, bei denen unterschiedlichen Bereichen des Bildsensors unterschiedliche spektrale Kanäle zugeordnet sind, wie dies bspw. bei Farbsensoren der Fall ist, zum Aufnehmen der Multispektralbilder Verwendung finden. Bei einem Farbsensor wären drei unterschiedliche spektrale Kanäle, nämlich ein roter, ein grüner und ein blauer Farbkanal vorhanden. Jeder dieser Kanäle würde entsprechend nur den jeweiligen spektralen Anteil des vom Objekt reflektierten und/oder gestreuten Lichts zum Bildsensor gelangen lassen. Je nach der spektralen Verteilung des Beleuchtungslichtes verändern sich die Anteile des über den jeweiligen spektralen Kanal zum Bildsensor gelangten Lichts, sodass über die Verhältnisse der Anteile in den jeweiligen spektralen Kanälen auf die spektrale Verteilung in dem vom Objekt reflektierten und/oder gestreuten Licht geschlossen werden kann. Dabei stimmen die spektrale Kanäle des Bildsensors in der Regel nicht mit den Spektralbändern der Lichtquellenanordnung überein.The image sensor used in the device can be a monochromatic image sensor. However, this is not a requirement. If radiant power is supplied to different areas of the image sensor via one of at least two different spectral channels, the evaluation unit is designed to evaluate the differences in the radiant power supplied to the respective areas when determining the spectral properties of the object. This means that image sensors in which different spectral channels are assigned to different areas of the image sensor, as is the case with color sensors, for example, can also be used to capture multispectral images. A color sensor would have three different spectral channels: a red, a green, and a blue color channel. Each of these channels would accordingly only allow the respective spectral component of the light reflected and/or scattered by the object to reach the image sensor. Depending on the spectral distribution of the illuminating light, the proportions of light reaching the image sensor via the respective spectral channel change, so that the ratios of the proportions in the respective spectral channels can be used to determine the spectral distribution of the light reflected and/or scattered by the object. The spectral channels of the image sensor generally do not correspond to the spectral bands of the light source arrangement.

Die Auswerteeinheit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann außerdem dazu ausgelegt sein, während des zeitsequentiellen Veränderns der am Objekt ankommenden Strahlungsleistung wenigstens ein digitales Bild mit dem vorgegebenen Farbton, bspw. mit einem vorgegebene Weißton, zu generieren. Dabei ist die Auswerteeinheit dazu ausgelegt, in dem wenigstens einen digitalen Bild mit dem vorgegebenen Farbton eine innerhalb der vorgegebenen maximal zulässigen Abweichung von dem bestimmten Punk des Farbraums liegende Farbtonabweichung durch eine digitale Farbtonanpassung weiter zu verringern. Auf diese Weise kann ein digitales Bild mit dem vorgegebenen Farbton, bspw. ein Weißlichtbild mit einem vorgegebenem Weißton, ohne Flackern im Farbton auch dann generiert werden, wenn eine relativ große maximal zulässige Abweichung vorgegeben wird.The evaluation unit of the device according to the invention can also be designed to generate at least one digital image with the specified color tone, for example with a specified white tone, during the time-sequential change of the radiation power arriving at the object. The evaluation unit is designed to further reduce, in the at least one digital image with the specified color tone, a color tone deviation lying within the specified maximum permissible deviation from the specific point of the color space by means of digital color tone adjustment. In this way, a digital image with the specified color tone, for example a white light image with a specified white tone, can be generated without flickering in the color tone even if a relatively large maximum permissible deviation is specified.

Weiterhin wird erfindungsgemäß ein Verfahren zum Erzeugen von spektrale Eigenschaften eines Objekts repräsentierenden Multispektralbildern zur Verfügung stellt. Das Verfahren umfasst die Schritte:

  • - Beleuchten eines Objekts mit Licht, welches einen breiten Spektralbereich und einen einem bestimmten Punkt eines Farbraums entsprechenden Farbton aufweist.
  • - Zeitsequentielles Verändern der am Objekt ankommenden Strahlungsleistung, wobei das zeitsequentielle Verändern der am Objekt ankommenden Strahlungsleistung jeweils eine Veränderung der Strahlungsleistung in wenigstens einem von wenigstens zwei schmalen Spektralbereichen beinhaltet. Die schmalen Wellenlängenbereiche können dabei teilweise überlappen.
  • - Aufnehmen wenigstens eines Bildes mit der jeweiligen am Objekt ankommenden Strahlungsleistung nach jeder zeitsequentiellen Veränderung der am Objekt ankommenden Strahlungsleistung in den wenigstens zwei schmalen Spektralbereichen.
  • - Generieren eines Multispektralbildes aus den aufgenommenen Bildern, wobei die spektralen Eigenschaften des Objekts aus zeitsequentiellen Änderungen der vom Objekt reflektierten und/oder gestreuten Strahlungsleistung ermittelt werden, wobei die zeitsequentiellen Änderungen der vom Objekt reflektierten und/oder gestreuten Strahlungsleistung durch das zeitsequentielle Verändern der am Objekt ankommenden Strahlungsleistung verursacht werden.
Furthermore, the invention provides a method for generating multispectral images representing spectral properties of an object. The method comprises the steps:
  • - Illuminating an object with light that has a wide spectral range and a hue corresponding to a specific point in a color space.
  • - Time-sequential change of the radiation power arriving at the object, whereby the time-sequential change of the radiation power arriving at the object each Involves a change in the radiant power in at least one of at least two narrow spectral ranges. The narrow wavelength ranges may partially overlap.
  • - Recording at least one image with the respective radiant power arriving at the object after each time-sequential change in the radiant power arriving at the object in the at least two narrow spectral ranges.
  • - generating a multispectral image from the recorded images, wherein the spectral properties of the object are determined from time-sequential changes in the radiant power reflected and/or scattered by the object, wherein the time-sequential changes in the radiant power reflected and/or scattered by the object are caused by the time-sequential change in the radiant power arriving at the object.

Dabei erfolgt das Verändern der Strahlungsleistung in wenigstens einem der wenigstens zwei schmalen Spektralbereiche derart, dass durch die Veränderung der Strahlungsleistung in wenigstens einem der wenigstens zwei schmalen Spektralbereiche in der am Objekt ankommenden Strahlungsleistung nur Farbtonänderungen verursacht werden, welche eine vorgegebene maximal zulässige Abweichung von dem bestimmten Punk des Farbraums nicht überschreiten. Beispielsweise kann die maximal zulässige Abweichung auf der Basis der MacAdam-Ellipse definiert sein, wie dies mit Bezug auf die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung beschrieben worden ist, so dass etwa nur Farbtonänderungen verursacht werden, die innerhalb einer MacAdam-Ellipse liegen, oder dass nur Farbtonänderungen verursacht werden, die innerhalb einer Ellipse liegen, deren Halbachsen höchstens einem vorgegebenen Mehrfachen einer MacAdam-Ellipse im CIExy-Farbraum entsprechen, bspw. dem doppelten einer MacAdam-Ellipse, dem vierfachen einer MacAdam-Ellipse oder gar dem sechsfachen einer MacAdam-Ellipse. Andere Arten der Vorgabe einer maximal zulässige Abweichung als die Vorgabe anhand einer MacAdam-Ellipse können aber auch zur Anwendung kommen, wie dies mit Bezug auf die erfindungsgemäße Lichtquelleananordung beschrieben worden ist.The radiant power is changed in at least one of the at least two narrow spectral ranges in such a way that the change in the radiant power in at least one of the at least two narrow spectral ranges only causes hue changes in the radiant power arriving at the object that do not exceed a predetermined maximum permissible deviation from the specific point of the color space. For example, the maximum permissible deviation can be defined on the basis of the MacAdam ellipse, as described with reference to the lighting device according to the invention, so that, for example, only hue changes are caused that lie within a MacAdam ellipse, or that only hue changes are caused that lie within an ellipse whose semi-axes correspond at most to a predetermined multiple of a MacAdam ellipse in the CIExy color space, e.g., twice a MacAdam ellipse, four times a MacAdam ellipse, or even six times a MacAdam ellipse. However, other ways of specifying a maximum permissible deviation than the specification based on a MacAdam ellipse can also be used, as has been described with reference to the light source arrangement according to the invention.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht das Aufnehmen von Multispektralbildern während der Arbeit eines Chirurgen, ohne dabei den Chirurg in seiner Wahrnehmung des Beobachtungsobjekts störend zu beeinträchtigen. Es ist somit nicht nötig, zwischen einem Modus zur Aufnahme von Multispektralbildern und einem Modus zur Aufnahme von Weißlichtbildern zu wechseln. Da die Farbtonänderungen während der Aufnahme der Multispektralbilder nicht oder kaum wahrgenommen werden, sind auch keine Beschränkung der Belichtungsdauer zur Aufnahme der Multispektralbilder notwendig.The method according to the invention enables the acquisition of multispectral images during a surgeon's work without disrupting the surgeon's perception of the object being observed. Thus, it is not necessary to switch between a mode for capturing multispectral images and a mode for capturing white light images. Since the color changes during the acquisition of multispectral images are not or hardly noticeable, no limitation of the exposure time for capturing the multispectral images is necessary.

In einer Ausgestaltung des Verfahrens kann ein Verändern der Strahlungsleistung in wenigstens einem der wenigstens zwei schmalen Spektralbereiche durch ein Verändern der Strahlungsleistung in wenigstens einem anderen der wenigstens zwei schmalen Spektralbereiche derart ausgeglichen werden, dass durch das Verändern der Strahlungsleistungen in den schmalen Spektralbereichen in der am Objekt ankommenden Strahlungsleistung nur Farbtonänderungen verursacht werden, welche die vorgegebene maximal zulässige Abweichung von dem bestimmten Punk des Farbraums nicht überschreiten. Dies wurde mit Bezug auf die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung erläutert und wird daher an dieser Stelle nicht noch einmal wiederholt.In one embodiment of the method, a change in the radiant power in at least one of the at least two narrow spectral ranges can be compensated by changing the radiant power in at least one other of the at least two narrow spectral ranges such that the change in the radiant power in the narrow spectral ranges only causes hue changes in the radiant power arriving at the object that do not exceed the predetermined maximum permissible deviation from the specific point of the color space. This was explained with reference to the lighting device according to the invention and will therefore not be repeated here.

Im erfindungsgemäßen Verfahren kann das das Aufnehmen des wenigstens einen Bildes das Aufnehmen von Bildsignalen in wenigstens zwei unterschiedlichen spektralen Kanälen umfassen. Beim Erzeugen der Multispektralbilder werden dann Unterschiede zwischen den Bildsignalen in den wenigstens zwei unterschiedlichen spektralen Kanälen ausgewertet. Diese Ausgestaltung des Verfahrens ermöglicht es, Bildsensoren, bei denen unterschiedlichen Bereichen des Bildsensors unterschiedliche spektrale Kanäle zugeordnet sind, wie dies etwa Farbsensoren der Fall ist, zum Aufnehmen der Multispektralbilder zu verwenden. Bei einem Farbsensor wären bspw. drei unterschiedliche spektrale Kanäle vorhanden, nämlich ein roter, ein grüner und ein blauer Kanal. Jeder dieser Kanäle würde entsprechend nur den jeweiligen spektralen Anteil des vom Objekt reflektierten und/oder gestreuten Lichts zum Bildsensor gelangen lassen. Je nach der spektralen Verteilung des Beleuchtungslichtes verändern sich die Anteile des über den jeweiligen spektralen Kanal zum Bildsensor gelangten Lichts, sodass über die Verhältnisse der Anteile in den jeweiligen spektralen Kanälen auf die spektrale Verteilung in dem vom Objekt reflektierten und/oder gestreuten Licht geschlossen werden kann. Dabei stimmen die spektrale Kanäle des Bildsensors in der Regel nicht mit den Spektralbändern der Lichtquellenanordnung überein.In the method according to the invention, the recording of at least one image can comprise the recording of image signals in at least two different spectral channels. When generating the multispectral images, differences between the image signals in the at least two different spectral channels are then evaluated. This embodiment of the method makes it possible to use image sensors in which different regions of the image sensor are assigned different spectral channels, as is the case with color sensors, for recording the multispectral images. A color sensor, for example, would have three different spectral channels: a red, a green, and a blue channel. Each of these channels would accordingly only allow the respective spectral component of the light reflected and/or scattered by the object to reach the image sensor. Depending on the spectral distribution of the illuminating light, the proportions of light reaching the image sensor via the respective spectral channel change, so that the ratios of the proportions in the respective spectral channels can be used to determine the spectral distribution of the light reflected and/or scattered by the object. The spectral channels of the image sensor generally do not correspond to the spectral bands of the light source arrangement.

Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens kann das Beleuchten des Objekts derart erfolgt, dass beim Verändern der Strahlungsleistung in wenigstens einem der wenigstens zwei schmalen Spektralbereiche nur Helligkeitsänderungen in der am Objekt ankommenden Strahlungsleistung auftreten, die maximal 10% betragen, insbesondre maximal 5%, weiter insbesondere maximal 3% und noch weiter insbesondere maximal 1% oder gar maximal 0,1%, wie dies auch bereits mit Bezug auf die erfindungsgemäße Lichtquellenanordnung beschrieben worden ist.Within the scope of the method according to the invention, the object can be illuminated in such a way that when the radiation power is changed in at least one of the at least two narrow spectral ranges, only brightness changes in the radiation power arriving at the object occur which amount to a maximum of 10%, in particular a maximum of 5%, further in particular a maximum of 3% and even further in particular a maximum of 1% or even a maximum of 0.1%, as has already been described with reference to the light source arrangement according to the invention.

Wenn für einen Beobachter Bilder in dem vorgegebenen Farbton, bspw. einem vorgegebenen Weißton, nicht nur rein optisch erzeugt werden, sondern auch digital, kann während des zeitsequentiellen Veränderns der am Objekt ankommenden Strahlungsleistung wenigstens ein digitales Bild mit dem vorgegebenen Farbton generiert werden. In diesem digitalen Bild mit dem vorgegebenen Farbton kann eine innerhalb der vorgegebenen maximal zulässigen Abweichung von dem bestimmten Punk des Farbraums liegende Farbtonabweichung durch eine digitale Farbtonanpassung weiter verringert werden. Auf diese Weise kann ein digitales Bild mit dem vorgegebenen Farbton, etwa ein Weißlichtbild mit einem vorgegebenem Weißton, ohne Flackern im Farbton auch dann generiert werden, wenn eine relativ große maximal zulässige Abweichung vorgegeben wird.If images in a given color tone, such as a given shade of white, are generated for an observer not only purely optically but also digitally, at least one digital image with the given color tone can be generated during the time-sequential variation of the radiant power arriving at the object. In this digital image with the given color tone, a color tone deviation that lies within the specified maximum permissible deviation from a specific point in the color space can be further reduced by digital color tone adjustment. In this way, a digital image with the specified color tone, such as a white light image with a given shade of white, can be generated without flickering in the color tone, even if a relatively large maximum permissible deviation is specified.

Weitere Merkmale, Eigenschaften und Vorteile ergeben sich unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung.

  • 1 zeigt eine Operationsmikroskop mit einer Beleuchtungsvorrichtung, die das Erzeugen von spektrale Eigenschaften eines Objekts repräsentierenden Multispektralbildern mit dem Operationsmikroskop ermöglicht.
  • 2 zeigt ein Schaltschema zum Zuschalten von LEDs mit schmalen Spektralbereichen zu einer Weißlichtbeleuchtung beim Operationsmikroskop aus 1.
  • 3 zeigt eine alternative Ausgestaltung der Beleuchtungsvorrichtung.
  • 4 zeigt eine weitere Alternative Ausgestaltung der Beleuchtungsvorrichtung.
  • 5 zeigt ein Filterrad, wie es in der in 4 gezeigten Beleuchtungsvorrichtung zum Einsatz kommen kann.
  • 6 zeigt ein Schaltschema zum Verändern der Strahlungsleistung in schmalen Spektralbereichen des Beleuchtungslichtes.
  • 7 zeigt ein weiteres Schaltschema zum Verändern der Strahlungsleistung in schmalen Spektralbereichen des Beleuchtungslichtes.
  • 8 zeigt noch ein weiteres Schaltschema zum Verändern der Strahlungsleistung in schmalen Spektralbereichen des Beleuchtungslichtes.
  • 9 zeigt die spektralen Kanäle eines Farbsensors.
  • 10 zeigt typische Transmissionskurven von Rotfiltern, Grünfiltern und Blaufiltern, wie sie in einem Farbsensor üblicherweise Verwendung finden.
  • 11 zeigt schematisch den CIExy-Farbraum mit eingezeichneten MacAdam-Ellipsen und dem Planck'schen Kurvenzug.
Further features, properties and advantages will become apparent from the following description of embodiments of the invention with reference to the accompanying figures.
  • 1 shows a surgical microscope with an illumination device that enables the generation of multispectral images representing spectral properties of an object with the surgical microscope.
  • 2 shows a circuit diagram for connecting LEDs with narrow spectral ranges to a white light illumination in the surgical microscope from 1 .
  • 3 shows an alternative design of the lighting device.
  • 4 shows another alternative design of the lighting device.
  • 5 shows a filter wheel as it is in the 4 shown lighting device can be used.
  • 6 shows a circuit diagram for changing the radiant power in narrow spectral ranges of the illuminating light.
  • 7 shows another circuit diagram for changing the radiant power in narrow spectral ranges of the illuminating light.
  • 8 shows another circuit diagram for changing the radiant power in narrow spectral ranges of the illuminating light.
  • 9 shows the spectral channels of a color sensor.
  • 10 shows typical transmission curves of red filters, green filters and blue filters as they are commonly used in a color sensor.
  • 11 shows schematically the CIExy color space with drawn MacAdam ellipses and the Planck curve.

Nachfolgend wird mit Bezug auf 1 ein exemplarisches Ausführungsbeispiel für eine Vorrichtung zur Erzeugung von spektrale Eigenschaften eines Objekts repräsentierenden Multispektralbildern beschrieben. Im exemplarischen Ausführungsbeispiel ist die Vorrichtung als Operationsmikroskop ausgebildet bzw. in ein Operationsmikroskop integriert. Das Operationsmikroskop kann dabei ein digitales Operationsmikroskop sein, bei dem von einer Optik generierte Zwischenbilder mittels Bildsensoren aufgenommen und auf einem Display angezeigt werden, oder ein analoges Operationsmikroskop, bei dem die Zwischenbilder optisch mittels Okularen betrachtet werden und an das außerdem wenigstens eine Kameras angeschlossen ist, zu der ein Teil des Strahlengangs der Optik zur Aufnahme eines Bildes mittels eines Bildsensors ausgekoppelt wird., wie dies schematisch in dem in 1 gezeigten exemplarischen Ausführungsbeispiel dargestellt ist.The following is based on 1 An exemplary embodiment of a device for generating multispectral images representing spectral properties of an object is described. In the exemplary embodiment, the device is designed as a surgical microscope or integrated into a surgical microscope. The surgical microscope can be a digital surgical microscope, in which intermediate images generated by an optical system are recorded by image sensors and displayed on a display, or an analog surgical microscope, in which the intermediate images are viewed optically by means of eyepieces and to which at least one camera is also connected, to which a part of the optical path of the optical system is coupled out for recording an image by means of an image sensor, as shown schematically in the 1 shown exemplary embodiment.

In der Vorrichtung zur Erzeugung von Multispektralbildern des exemplarischen Ausführungsbeispiels kommt ein monochromer Bildsensor zum Aufnehmen der Multispektralbilder zum Einsatz. Es besteht aber auch die Möglichkeit, die Multispektralbilder mit einem Farbsensor aufzunehmen, wie später noch erläutert werden wird. Farbsensoren unterscheiden sich von monochromen Bildsensoren dadurch, dass ihnen eine sogenannte Bayer-Matrix vorgeschaltet ist, in der vor jedem Bildpunkt des Bildsensors ein Spektralfilter angeordnet ist, der entweder rotes, grünes oder blaues Licht passieren lässt. Jedem Bildpunkt werden somit nur Informationen im roten Farbkanal oder im grünen Farbkanal oder im blauen Farbkanal zugeführt. Die Farbinformation der anderen Bildpunkte wird dann aus den vorhandenen Farbinformationen interpoliert. Beispielsweise wird die Farbinformation des grünen Farbkanals für diejenigen Bildpunkten, denen aufgrund der Bayer-Matrix nur rotes oder nur blaues Licht zugeführt wird, auf der Basis der umgebenden Bildpunkte, denen grünes Licht zugeführt wird, interpoliert.In the device for generating multispectral images of the exemplary embodiment, a monochrome image sensor is used to capture the multispectral images. However, it is also possible to capture the multispectral images with a color sensor, as will be explained later. Color sensors differ from monochrome image sensors in that they are preceded by a so-called Bayer matrix, in which a spectral filter is arranged in front of each pixel of the image sensor, which allows either red, green, or blue light to pass through. Each pixel is thus only supplied with information in the red color channel, the green color channel, or the blue color channel. The color information of the other pixels is then interpolated from the existing color information. For example, the color information of the green color channel for those pixels that are supplied with only red or blue light due to the Bayer matrix is interpolated based on the surrounding pixels that are supplied with green light.

Das Operationsmikroskop 1 des exemplarischen Ausführungsbeispiels umfasst zwei stereoskopische Teilstrahlengänge, ein Hauptobjektiv 3, das ein von einer Fokusebene F im Objekt 5 ausgehendes divergentes Strahlenbündel 7 in zwei parallele Teilstrahlenbündel abbildet, je einen für jeden stereoskopischen Teilstrahlengang des Operationsmikroskops 1. Im Operationsmikroskop 1 ist in der Regel ein Vergrößerungswechsler (nicht dargestellt) vorhanden, mit welchem sich der Vergrößerungsfaktor der mit dem Operationsmikroskop 1 erzeugten Abbildung verändern lässt. Dieser Vergrößerungswechsler kann bspw. als Galilei-Wechsler ausgebildet sein, bei welchem unterschiedliche Linsenkombinationen wechselweise in den Strahlengang eingebracht werden können, wobei jede Linsenkombination einen anderen Vergrößerungsfaktor bereitstellt. Alternativ kann der Vergrößerungswechsler als Zoomsystem ausgebildet sein, mit dem sich eine stufenlose Änderung des Vergrößerungsfaktors realisieren lässt. Der Vergrößerungswechsler kann ein „großer“ Vergrößerungswechsler sein, der von beiden stereoskopischen Teilstrahlengängen durchsetzt wird. Alternativ besteht die Möglichkeit, dass der Vergrößerungswechsler jeweils einen eigenen Galilei-Wechsler oder ein eigenes Zoomsystem für jeden stereoskopischen Teilstrahlengang besitzt.The surgical microscope 1 of the exemplary embodiment comprises two stereoscopic partial beam paths, a main objective 3, which images a divergent beam 7 emanating from a focal plane F in the object 5 into two parallel partial beams, one for each stereoscopic partial beam path of the surgical microscope 1. In the surgical microscope 1, a magnification changer (not shown) is usually present. which can be used to change the magnification factor of the image generated by the surgical microscope 1. This magnification changer can, for example, be designed as a Galilean changer, in which different lens combinations can be alternately inserted into the beam path, with each lens combination providing a different magnification factor. Alternatively, the magnification changer can be designed as a zoom system, with which a continuous change of the magnification factor can be realized. The magnification changer can be a "large" magnification changer, which is passed through by both stereoscopic partial beam paths. Alternatively, it is possible for the magnification changer to have its own Galilean changer or its own zoom system for each stereoscopic partial beam path.

In den parallelen Teilstrahlengängen sind im vorliegenden exemplarischen Ausführungsbeispiel außerdem Strahlteiler 9, 11 angeordnet. Jeder dieser Strahlteiler 9, 11 kann als teildurchlässiger Spiegel oder als Prisma ausgebildet sein. Der erste Strahlenteiler 9 ist so im Strahlengang angeordnet, dass von einer Beleuchtungsvorrichtung 13 ausgehender Beleuchtungsstrahlengang B in Richtung auf das Beobachtungsobjekt 5 abgelenkt wird. Dieser Strahlteiler kann ein „großer Strahlteiler“ sein, der von beiden stereoskopischen Teilstrahlengängen des Beobachtungsstrahlengangs B passiert wird, wie dies in dem in 1 dargestellten exemplarischen Ausführungsbeispiel der Fall ist. Es kann aber auch in jedem stereoskopischen Teilstrahlengang jeweils ein kleiner Strahlteiler vorhanden sein, der dann jeweils nur von einem der beiden stereoskopischen Teilstrahlengänge passiert wird. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die Beleuchtung parallel zu den stereoskopischen Teilstrahlengängen des Beobachtungsstrahlengangs A erfolgen soll (sogenannte Koaxialbeleuchtung). Alternativ kann der Beleuchtungsstrahlengang B auch zwischen den beiden stereoskopischen Teilstrahlengängen des Beobachtungsstrahlengangs A in Richtung auf das Beobachtungsobjekt 5 gelenkt werden. In diesem Fall kann statt eines Strahlteilers ein reflektierendes Element, bspw. ein Spiegel oder ein Reflektionsprisma Verwendung finden. Zudem besteht die Möglichkeit, die Beleuchtung durch einen Randbereich des Hauptobjektivs 3 mit einem Winkel zu Beobachtungsstrahlengang A zum Objekt (5) zu führen (sogenannte Schrägbeleuchtung). Auch in diesem Fall kann statt eines Strahlteilers ein Spiegel oder ein anderes reflektierendes Element ohne Transmissionseigenschaften zum Einsatz kommen kann. Der Winkel einer Schrägbeleuchtung kann bspw. zwischen 2° und 10° und insbesondere bei etwa bei 6° liegen.In the present exemplary embodiment, beam splitters 9, 11 are also arranged in the parallel partial beam paths. Each of these beam splitters 9, 11 can be designed as a partially transparent mirror or as a prism. The first beam splitter 9 is arranged in the beam path such that the illumination beam path B emanating from an illumination device 13 is deflected in the direction of the observation object 5. This beam splitter can be a "large beam splitter" through which both stereoscopic partial beam paths of the observation beam path B pass, as shown in the 1 illustrated exemplary embodiment. However, there can also be a small beam splitter in each stereoscopic partial beam path, which is then only passed through by one of the two stereoscopic partial beam paths. This is particularly the case if the illumination is to be parallel to the stereoscopic partial beam paths of the observation beam path A (so-called coaxial illumination). Alternatively, the illumination beam path B can also be directed between the two stereoscopic partial beam paths of the observation beam path A in the direction of the observation object 5. In this case, a reflective element, e.g. a mirror or a reflection prism, can be used instead of a beam splitter. It is also possible to guide the illumination through an edge region of the main objective 3 at an angle to the observation beam path A to the object (5) (so-called oblique illumination). In this case, too, a mirror or another reflective element without transmission properties can be used instead of a beam splitter. The angle of oblique lighting can, for example, be between 2° and 10° and, in particular, around 6°.

Der zweite Strahlteiler 11 koppelt Licht aus dem Beobachtungsstrahlengang in Richtung auf einen Bildsensor 15 aus, der im vorliegenden Ausführungsbeispiel durch eine Kamera symbolisiert ist. Typischerweise wird das in Richtung auf den Bildsensor 15 ausgekoppelte Licht aus einem der stereoskopischen Teilstrahlengänge ausgekoppelt. Falls ein stereoskopisches Bild aufgenommen werden soll, sind zwei Bildsensoren vorhanden, denen jeweils Licht aus einem anderen der beiden stereoskopischen Teilstrahlengänge zugeführt wird, sodass mit jedem Bildsensor ein stereoskopisches Teilbild aufgenommen werden kann. Der Bildsensor 15 ist im vorliegenden exemplarischen Ausführungsbeispiel ein monochromer Bildsensor.The second beam splitter 11 couples light from the observation beam path toward an image sensor 15, which in the present exemplary embodiment is symbolized by a camera. Typically, the light coupled toward the image sensor 15 is coupled from one of the stereoscopic partial beam paths. If a stereoscopic image is to be recorded, two image sensors are present, each of which receives light from a different one of the two stereoscopic partial beam paths, so that each image sensor can record a stereoscopic partial image. In the present exemplary embodiment, the image sensor 15 is a monochrome image sensor.

Darüber hinaus umfasst das Operationsmikroskop 1 im exemplarischen Ausführungsbeispiel einen Binokulartubus. Dieser umfasst für jeden stereoskopischen Teilstrahlengang ein Tubusobjektiv, mit welchen die parallelen stereoskopische Teilstrahlengänge jeweils auf eine Zwischenbildebene fokussiert werden. Die dadurch in der Zwischenbildebene entstehenden Luftbilder können mittels Okularen 19A, 19B betrachtet werden. Alternativ können in der jeweiligen Zwischenbildebene auch Bildsensoren angeordnet sein, auf welche die parallelen stereoskopischen Teilstrahlengänge fokussiert werden und welche die stereoskopischen Teilbilder zur Darstellung auf einem oder mehreren Monitoren aufnehmen. Diese Bildsensoren sind typischerweise Farbsensoren. In diesem Fall können die Bildsensoren auch Zur Aufnahme der Multispektralbilder Verwendung finden, so dass auf den zweiten Strahlteiler 11 und den in 1 durch die Kamera 15 symbolisierten Bildsensor verzichtet werden kann.Furthermore, the surgical microscope 1 in the exemplary embodiment comprises a binocular tube. This comprises a tube objective for each stereoscopic partial beam path, with which the parallel stereoscopic partial beam paths are each focused onto an intermediate image plane. The aerial images thus created in the intermediate image plane can be viewed using eyepieces 19A, 19B. Alternatively, image sensors can also be arranged in the respective intermediate image plane, onto which the parallel stereoscopic partial beam paths are focused and which record the stereoscopic partial images for display on one or more monitors. These image sensors are typically color sensors. In this case, the image sensors can also be used to record the multispectral images, so that the second beam splitter 11 and the 1 the image sensor symbolized by camera 15 can be dispensed with.

Wenn die aufgenommenen stereoskopischen Teilbilder auf einem einzigen Monitor dargestellt werden, kann dies insbesondere derart erfolgen, dass im zeitlichen Wechsel das linke und das rechte stereoskopischen Teilbild dargestellt werden, welches von einem Nutzer bspw. mittels einer Shutterbrille oder einer Polarisationsbrille betrachtet wird. Eine weitere Möglichkeit zur Anzeige der stereoskopischen Teilbilder besteht in einem Head Mounted Display (HMD), in dem jedem Auge mittels eines dem jeweiligen Auge zugeordneten Displays jeweils ein stereoskopisches Teilbild dargeboten wird. Außerdem besteht die Möglichkeit, die stereoskopischen Teilstrahlengänge mittels weiterer Strahlteiler jeweils in zwei Strahlengänge aufzuteilen, von denen einer einen Bildsensor und einer einem Tubusobjektiv zugeführt wird, um es zu ermöglichen, dass eine rein visuelle Beobachtung und gleichzeitig eine Darstellung auf einem Monitor oder in einem HMD erfolgen kann.If the recorded stereoscopic partial images are displayed on a single monitor, this can be done in particular in such a way that the left and right stereoscopic partial images are displayed alternately in time, which can be viewed by a user, for example, using shutter glasses or polarized glasses. Another option for displaying the stereoscopic partial images is a head-mounted display (HMD), in which a stereoscopic partial image is presented to each eye via a display assigned to the respective eye. It is also possible to split the stereoscopic partial beam paths into two beam paths using additional beam splitters, one of which is fed to an image sensor and the other to a tube lens, in order to enable purely visual observation and simultaneous display on a monitor or in an HMD.

Die Beleuchtungsvorrichtung 13 umfasst im vorliegenden exemplarischen Ausführungsbeispiel eine Halogenglühlampe 21 als Weißlichtquelle, die in einem breiten Spektralbereich emittiert und einen bestimmten Weißton in einem Farbraum, bspw. im CIExy-Farbraum aufweist. Statt einer Halogenglühlampe 21 können aber auch andere breitbandige Lichtquellen zum Einsatz kommen, beispielsweise Weißlicht-LEDs oder Gasentladungslampen wie beispielsweise Xenon-Lampen. Zudem braucht die breitbandige Lichtquelle nicht notwendigerweise Weißlicht abzugeben. Die breitbandige Lichtquelle kann auch buntes Licht abgeben, also Licht, welches einen bestimmten bunten Farbton in dem Farbraum aufweist, beispielsweise Licht mit einem grünen, blauen oder roten Farbton. Außerdem kann die breitbandige Lichtquelle auch Licht im infraroten und/oder ultravioletten Spektralbereich abgeben.The lighting device 13 comprises in the present exemplary embodiment a halogen lamp 21 as a white light source, which emits in a broad spectral range and has a specific white tone in a color space, e.g., the CIExy color space. Instead of a halogen lamp 21, other broadband light sources can also be used, such as white-light LEDs or gas discharge lamps such as xenon lamps. Furthermore, the broadband light source does not necessarily have to emit white light. The broadband light source can also emit colored light, i.e., light that has a specific colorful hue in the color space, for example, light with a green, blue, or red hue. Furthermore, the broadband light source can also emit light in the infrared and/or ultraviolet spectral range.

Zusätzlich zur Halogenglühlampe 21 beinhaltet die Beleuchtungsvorrichtung 13 eine Anzahl an LEDs 23A bis 23D, die in unterschiedlichen schmalen Spektralbereichen emittieren. Die Breite der schmalen Spektralbereiche ist typischerweise nicht größer als 75 nm, insbesondere nicht größer als 50 nm und weiter insbesondere nicht größer als 25 nm. Die Halogenglühlampe 21 bildet zusammen mit den LEDs 23A-23D eine Lichtquellenanordnung, die dazu ausgelegt ist, das Beobachtungsobjekt 5 mit Licht in einem bereiten Spektralbereich, im vorliegenden exemplarischen Ausführungsbeispiel mit Weißlicht, zu beleuchten und außerdem in der Lage ist, das Beobachtungsobjekt 5 auch in unterschiedlichen schmalen Spektralbereichen zu beleuchten. Durch geeignetes Steuern der von den jeweiligen LEDs abgegebenen Strahlungsleistungen besteht die Möglichkeit, die am Beobachtungsobjekt 5 ankommende Strahlungsleistung in den schmalen Spektralbereichen unabhängig zu verändern.In addition to the halogen lamp 21, the illumination device 13 includes a number of LEDs 23A to 23D that emit in different narrow spectral ranges. The width of the narrow spectral ranges is typically no greater than 75 nm, in particular no greater than 50 nm, and more particularly no greater than 25 nm. The halogen lamp 21, together with the LEDs 23A-23D, forms a light source arrangement that is designed to illuminate the observation object 5 with light in a wide spectral range, in the present exemplary embodiment with white light, and is also capable of illuminating the observation object 5 in different narrow spectral ranges. By appropriately controlling the radiation outputs emitted by the respective LEDs, it is possible to independently vary the radiation output arriving at the observation object 5 in the narrow spectral ranges.

Dem Operationsmikroskop 1 ist zudem eine Steuereinrichtung 25 zugeordnet, die in 1 als Computer dargestellt ist, die aber auch als dedizierte Steuereinrichtung beispielsweise in das Operationsmikroskops 1 oder in die Beleuchtungsvorrichtung 13 integriert sein kann. Die Steuereinrichtung 25 wirkt auf die Beleuchtungseinrichtung 13 ein, um die von den jeweiligen LEDs 23A-23D der Lichtquellenanordnung abgegebenen Strahlungsleistungen zu steuern. Das Steuern der von einer LED abgegebenen Strahlungsleistung kann bspw. über eine Pulsweitenmodulation des Stroms, der der jeweiligen LED zugeführt wird, erfolgen. Die Steuerung der von den jeweiligen LEDs 23A-23D der Lichtquellenanordnung abgegebenen Strahlungsleistungen erfolgt dabei derart, dass die von den LEDs 23A-23D in den schmalen Spektralbereichen abgegebenen Strahlungsleistungen zeitsequenziell verändert werden. Die Steuereinrichtung 25 wirkt außer auf die Lichtquellenanordnung auch auf den Bildsensor 15 ein, um die Aufnahme von Bildern mit dem zeitsequenziell Verändern der von den LEDs 23A-23D abgegebenen Strahlungsleistung zu synchronisieren. Ziel ist es, eine zeitliche Zuordnung der vom Bildsensor 15 aufgenommenen Bilder zu der zum jeweiligen Aufnahmezeitpunkt aktiven LED 23A-23D zu ermöglichen. Dieses Ziel kann beispielsweise erreicht werden, indem jedem aufgenommenen Bild eine Kennung zugeordnet wird, die für die jeweilige aktive LED charakteristisch ist. Alternativ besteht die Möglichkeit, die Zeitpunkte, zu der die jeweiligen LEDs aktiv waren und die Zeitpunkte, zu denen die Bilder aufgenommen wurden, zu speichern, sodass im Nachhinein eine Zuordnung der Bilder zu den LEDs anhand der gespeicherten Zeitpunkte möglich ist. Dies erfordert, dass das Schalten der LEDs 23A-23D einerseits und die Bildaufnahme andererseits mit demselben Zeitsignal erfolgt oder dass die Zeitsignale synchronisiert sind, wenn unterschiedliche Zeitsignale für das Schalten der LEDs und die Bildaufnahme Verwendung finden.The surgical microscope 1 is also assigned a control device 25, which 1 is depicted as a computer, but can also be integrated as a dedicated control device, for example, into the surgical microscope 1 or into the illumination device 13. The control device 25 acts on the illumination device 13 to control the radiant power emitted by the respective LEDs 23A-23D of the light source arrangement. The radiant power emitted by an LED can be controlled, for example, via pulse width modulation of the current supplied to the respective LED. The radiant power emitted by the respective LEDs 23A-23D of the light source arrangement is controlled in such a way that the radiant powers emitted by the LEDs 23A-23D in the narrow spectral ranges are changed sequentially over time. In addition to the light source arrangement, the control device 25 also acts on the image sensor 15 to synchronize the recording of images with the sequential change in the radiant power emitted by the LEDs 23A-23D. The aim is to enable a temporal assignment of the images captured by the image sensor 15 to the LED 23A-23D active at the respective capture time. This goal can be achieved, for example, by assigning each captured image an identifier that is characteristic of the respective active LED. Alternatively, it is possible to store the times at which the respective LEDs were active and the times at which the images were captured, so that the images can subsequently be assigned to the LEDs based on the stored times. This requires that the switching of the LEDs 23A-23D, on the one hand, and the image capture, on the other, occur with the same time signal, or that the time signals are synchronized if different time signals are used for switching the LEDs and image capture.

Ein zeitliches Schaltschema für das Zuschalten der LEDs 23A-23D zur Weißlichtbeleuchtung ist in 2 dargestellt. Die 2 zeigt für verschiedene Zeitpunkte t0 bis t3 das Zuschalten der einzelnen LEDs 23A-23D zum Weißlicht der Halogenglühlampe 21. Das Weißlicht der Halogenglühlampe 21 ist dabei als gerade Linie dargestellt, welche eine konstante Strahlungsleistung der Halogenglühlampe 21 repräsentiert. Zusätzlich zur Halogenglühlampe 21 werden zu den unterschiedlichen Zeitpunkten t0 bis t3 die LEDs 23A-23D zugeschaltet. Die jeweils zugeschaltete LED 23A-23D führt am Beobachtungsobjekt 5 zu einer erhöhten Strahlungsleistung im entsprechenden schmalen Spektralbereich, die wiederum zu einer erhöhten Luminanz im aufgenommenen monochromen Bild führt. Dabei stellt die Luminanz ein Maß für die von den Bildpunkten des Bildsensors 15 registrierte Helligkeit dar. Die Luminanz enthält keine Farbinformation und wird von der Leuchtdichte, die sich am Ort des Bildsensors aus der vom Beobachtungsobjekt 5 reflektierten und/oder gestreuten Strahlungsleistung ergibt, bestimmt. Für jeden Bildpunkt eines zu einem Zeitpunkt t0, t1, t2, t3 aufgenommenen monochromen Bildes ist dabei der Luminanzwert des Bildpunktes eine Überlagerung eines sich aus dem breitbandigen Spektralbereich der Halogenglühlampe 21 ergebenden Luminanzanteils und des sich aus dem schmalbandigen Spektralbereich der zum Aufnahmezeitpunkt aktiven LED ergebenden Luminanzanteils. Durch bildpunktwiese Subtraktion des auf die Halogenglühlampe 21 zurückgehenden Luminanzanteils vom Luminanzwert des jeweiligen Bildpunktes kann eine Auswerteeinheit 27 daher für jeden Bildpunkt der auf den schmalbändigen Spektralbereich der aktiven LED zurückgehende Luminanzanteil des Luminanzwertes extrahieren. Im Ergebnis erhält man monochrome Bilder, bei denen die Luminanzwerte der einzelnen Bildpunkte nur noch auf den schmalbandigen Spektralbereich der zum Aufnahmezeitpunkt aktiven LED zurückgehen. Diese Bilder kann die Auswerteeinheit 27 bspw. mittels eine geeigneten Falschfarbendarstellung zu einem Multispektralbild zusammensetzen. Um den auf die Halogenglühlampe 21 zurückgehenden Luminanzanteil zu ermitteln, kann zu Beginn der Aufnahmen oder in regelmäßigen Abständen ein Bild ohne zugeschaltete LEDs 23A-23D aufgenommen werden.A time-based circuit diagram for switching on the LEDs 23A-23D for white light illumination is shown in 2 shown. The 2 shows the switching on of the individual LEDs 23A-23D to the white light of the halogen lamp 21 for various times t0 to t3. The white light of the halogen lamp 21 is shown as a straight line, which represents a constant radiant power of the halogen lamp 21. In addition to the halogen lamp 21, the LEDs 23A-23D are switched on at the different times t0 to t3. The respectively switched on LED 23A-23D leads to an increased radiant power at the observation object 5 in the corresponding narrow spectral range, which in turn leads to an increased luminance in the recorded monochrome image. The luminance represents a measure of the brightness registered by the pixels of the image sensor 15. The luminance contains no color information and is determined by the luminance that results at the location of the image sensor from the radiant power reflected and/or scattered by the observation object 5. For each pixel of a monochrome image recorded at a time t0, t1, t2, t3, the luminance value of the pixel is a superposition of a luminance component resulting from the broadband spectral range of the halogen lamp 21 and the luminance component resulting from the narrowband spectral range of the LED active at the time of recording. By subtracting the luminance component attributable to the halogen lamp 21 from the luminance value of the respective pixel, an evaluation unit 27 can therefore extract for each pixel the luminance component of the luminance value attributable to the narrowband spectral range of the active LED. The result is monochrome images in which the luminance values of the individual pixels are only attributable to the narrowband spectral range of the LED active at the time of recording. These images can be combined by the evaluation unit 27, for example, using a suitable false color display to form a multispectral image. To determine the luminance component attributable to the halogen lamp 21, an image can be taken at the beginning of the recording or at regular intervals without the LEDs 23A-23D switched on.

Die Auswerteeinheit 27 ist im vorliegenden exemplarischen Ausführungsbeispiel wie die Steuereinheit 25 durch einen Computer, insbesondere durch denselben Computer wie die Steuereinheit 25, realisiert. Sie braucht jedoch nicht durch denselben Computer wie die Steuereinheit 25 und insbesondere auch überhaupt nicht als Computer realisiert zu sein. Vielmehr kann sie ein von der Steuereinheit 25 getrennter Computer sein oder eine dedizierte Einheit, die beispielsweise in das Operationsmikroskop integriert sein kann.In the present exemplary embodiment, the evaluation unit 27, like the control unit 25, is implemented by a computer, in particular by the same computer as the control unit 25. However, it need not be implemented by the same computer as the control unit 25 and, in particular, does not need to be implemented as a computer at all. Rather, it can be a computer separate from the control unit 25 or a dedicated unit that can be integrated, for example, into the surgical microscope.

Wenn die Differenz zwischen dem Luminanzanteil der jeweils aktiven LED und dem Luminanzanteil der Halogenglühlampe 21 eine vorgegebene maximal zulässige Abweichung nicht überschreitet, kann erreicht werden, dass sich für den Nutzer des Operationsmikroskops der Farbeindruck nicht wahrnehmbar ändert, d. h., dass sich der Farbton bspw. nur innerhalb der MacAdam-Ellipse um den weißen Farbton der Halogenglühlampe 21 ändert. Mit anderen Worten, die MacAdam-Ellipse gibt im vorliegenden exemplarischen Ausführungsbeispiel eine Grenze vor, bis zu der die Strahlungsleistung im schmalen Spektralbereich erhöht werden kann, ohne dass sich der Farbton ändert. Diese Grenze hängt dabei auch von der Breite des schmalen Spektralbereichs ab. Ist dieser sehr schmal, kann die Grenze höher sein als bei einem nicht ganz so schmalen Spektralbereich. So hat eine Anhebung der Strahlungsleistung um einen bestimmten Betrag in einem schmalen Spektralbereich, der 10 % bspw. des blauen Spektralbereichs entspricht, weniger Auswirkung auf den Farbton als eine Anhebung der Strahlungsleistung um denselben Betrag, wenn der schmale Spektralbereich 50 % des blauen Spektralbereichs entspricht.If the difference between the luminance component of the currently active LED and the luminance component of the halogen lamp 21 does not exceed a predetermined maximum permissible deviation, it is possible to ensure that the color impression does not change perceptibly for the user of the surgical microscope, i.e., that the color tone changes, for example, only within the MacAdam ellipse around the white color tone of the halogen lamp 21. In other words, in the present exemplary embodiment, the MacAdam ellipse specifies a limit up to which the radiation power can be increased in the narrow spectral range without changing the color tone. This limit also depends on the width of the narrow spectral range. If this is very narrow, the limit can be higher than for a not quite as narrow spectral range. For example, increasing the radiant power by a certain amount in a narrow spectral range corresponding to 10% of the blue spectral range has less effect on the color tone than increasing the radiant power by the same amount if the narrow spectral range corresponds to 50% of the blue spectral range.

Obwohl in 2 ein Schaltschema dargestellt ist, in dem jeweils nur eine LED zugeschaltet wird, besteht auch die Möglichkeit, jeweils mehr als eine LED 23A-23F zuzuschalten. Der jeweils extrahierte Luminanzanteil ist dann repräsentativ für mehr als einen schmalen Spektralbereich. Durch zyklisches Variieren der Kombinationen der zugeschalteten LEDs und Differenzbildung zwischen den jeweils extrahierten Luminanzanteilen können dann die Luminanzanteile der einzelnen schmalen Spektralbereiche ermittelt werden. Durch das gleichzeitiges Zuschalten von mehr als einer LED besteht die Möglichkeit, die Zuschaltung so vorzunehmen, dass sich die durch die zugeschalteten LEDs verursachten Farbtonänderungen gegenseitig kompensieren. Wenn beispielsweise gleichzeitig eine LED in einem schmalen roten Spektralbereich, eine LED in einem schmalen grünen Spektralbereich und eine LED in einem schmalen blauen Spektralbereich LEDs zugeschaltet werden, kann die Summe der zugeschalteten LEDs zu Licht mit einem weißen Farbton führen. Im Vergleich zur Zuschaltung lediglich einer einzigen LED ermöglicht dies, die Strahlungsleistung der zugeschalteten LEDs zu erhöhen, ohne dass dabei die MacAdam-Ellipse um den Farbton der Halogenglühlampe 21 verlassen wird. Das Erhöhen der Strahlungsleistung der zugeschalteten LEDs führt zu einer größeren Differenz zwischen dem durch die jeweilige LED im monochromen Bild verursachten Luminanzanteil und dem von der Halogenglühlampe 21 im monochromen Bild verursachten Luminanzanteil, wodurch sich das Rauschen nach dem Abzug des von der Halogenglühlampe 21 verursachten Luminanzanteils im monochromen Bild verringert.Although in 2 a circuit diagram is shown in which only one LED is switched on at a time, it is also possible to switch on more than one LED 23A-23F at a time. The luminance component extracted in each case is then representative of more than one narrow spectral range. By cyclically varying the combinations of the switched on LEDs and calculating the difference between the respectively extracted luminance components, the luminance components of the individual narrow spectral ranges can then be determined. By switching on more than one LED at the same time, it is possible to switch them on in such a way that the color tone changes caused by the switched on LEDs compensate for each other. If, for example, an LED in a narrow red spectral range, an LED in a narrow green spectral range and an LED in a narrow blue spectral range are switched on at the same time, the sum of the switched on LEDs can result in light with a white color tone. Compared to switching on only a single LED, this makes it possible to increase the radiant power of the switched LEDs without leaving the MacAdam ellipse around the hue of the halogen lamp 21. Increasing the radiant power of the switched LEDs leads to a larger difference between the luminance component caused by the respective LED in the monochrome image and the luminance component caused by the halogen lamp 21 in the monochrome image, thereby reducing the noise in the monochrome image after subtracting the luminance component caused by the halogen lamp 21.

Falls mit dem Operationsmikroskop 1 mittels Farbsensoren digitale Bilder generiert werden, die auf einem Display dargeboten werden, besteht die Möglichkeit, über die Bilder mit den zugeschalteten LEDs 23A-23D zu mitteln, sofern die Schaltfrequenz, mit der die LEDs geschaltet werden, so groß ist, dass mindestens 24 gemittelte Bilder pro Sekunde, vorzugsweise mindestens 30 gemittelte Bilder pro Sekunde erreicht werden können. Falls eine solche Mittelung erfolgt, kann die Strahlungsleitung der LEDs erhöht werden, so dass im Bild des monochromen Bildsensors 15 eine größere Differenz zwischen dem durch die jeweilige LED verursachten Luminanzanteil und dem von der Halogenglühlampe 21 verursachten Luminanzanteil generiert werden kann. Voraussetzung ist, dass der Farbton bei einer Addition der schmalen Spektralbereiche der einzelnen LEDs 23A-23D hinreichend nah am Farbton der Halogenglühlampe 21 liegt. Je näher der Farbton der Addition am Farbton der Halogenglühlampe 21 liegt, desto größer kann die Differenz zwischen der Strahlungsleistung der einzelnen LEDs 23A-23D und der Strahlungsleistung der Halogenglühlampe 21 sein, ohne dass der Farbton im gemittelten Bild der Farbsensoren außerhalb der MacAdam-Ellipse liegt.If digital images are generated with the surgical microscope 1 using color sensors and presented on a display, it is possible to average the images using the connected LEDs 23A-23D, provided that the switching frequency with which the LEDs are switched is high enough to achieve at least 24 averaged images per second, preferably at least 30 averaged images per second. If such averaging occurs, the radiation conduction of the LEDs can be increased, so that a larger difference can be generated in the image of the monochrome image sensor 15 between the luminance component caused by the respective LED and the luminance component caused by the halogen lamp 21. The prerequisite is that the color tone when adding the narrow spectral ranges of the individual LEDs 23A-23D is sufficiently close to the color tone of the halogen lamp 21. The closer the color tone of the addition is to the color tone of the halogen lamp 21, the greater the difference can be between the radiant power of the individual LEDs 23A-23D and the radiant power of the halogen lamp 21, without the color tone in the averaged image of the color sensors being outside the MacAdam ellipse.

Obwohl in dem in 2 dargestellten exemplarischen Ausführungsbeispiel vier LEDs 23A-33d dargestellt sind, kann die Zahl der LEDs größer oder kleiner als vier sein. Beispielsweise werden zum Aufnehmen von Multispektralbilder häufig 12 oder gar mehr in schmalen Spektralbereichen emittierende LEDs verwendet.Although in the 2 While four LEDs 23A-33d are shown in the exemplary embodiment shown, the number of LEDs may be greater or less than four. For example, 12 or even more LEDs emitting in narrow spectral ranges are often used to capture multispectral images.

Im bisherigen exemplarischen Ausführungsbeispiel hat die Beleuchtungsvorrichtung 13 sowohl eine in einem breiten Spektralbereich emittierende Weißlichtquelle 21 als auch LEDs 23A bis 23D beinhaltet. In alternativen exemplarischen Ausgestaltungen kann sie jedoch auch ausschließlich LEDs oder ausschließlich eine Weißlichtquelle in Verbindung mit einer Anzahl Spektralfilter umfassen. Eine Beleuchtungsvorrichtung 13, die ausschließlich LEDs aufweist, wird nachfolgend mit Bezug auf 3 beschrieben, eine Beleuchtungsvorrichtung 13, die ausschließlich eine Weißlichtquelle in Verbindung mit einer Anzahl Spektralfilter aufweist, mit Bezug auf die 4 und 5.In the exemplary embodiment so far, the illumination device 13 has both a light emitting in a wide spectral range White light source 21 as well as LEDs 23A to 23D. In alternative exemplary embodiments, however, it may also comprise exclusively LEDs or exclusively a white light source in conjunction with a number of spectral filters. A lighting device 13 comprising exclusively LEDs is described below with reference to 3 described, a lighting device 13 which exclusively comprises a white light source in conjunction with a number of spectral filters, with reference to the 4 and 5 .

3 zeigt ein exemplarisches Ausführungsbeispiel für eine Beleuchtungsvorrichtung 13, in dem die Beleuchtungsvorrichtung 13 lediglich LEDs 33A-33F und eine Steuereinrichtung 25 zum Steuern der Strahlungsleistungen der LEDs 33A-33F aufweist. Die Steuereinrichtung 25 kann beispielsweise der Computer aus dem zuvor beschriebenen exemplarischen Ausführungsbeispiel sein oder als dedizierte Steuereinrichtung in das Operationsmikroskop 1 oder die Beleuchtungsvorrichtung 13 integriert sein. Die schmalen Spektralbereiche der LEDs 33a-33F und die Strahlungsleistungen der LEDs 33A-33F relativ zueinander sind so abgestimmt, dass sich die schmalen Spektralbereiche zu Licht mit einem vorgegebenen Farbton addieren, wenn sie mit den aufeinander abgestimmten Strahlungsleistungen betrieben werden. Der Farbton kann ein weißer oder ein bunter Farbton sein. Mit anderen Worten, sofern alle LEDs 33A-33F mit den aufeinander abgestimmten Strahlungsleistungen betrieben werden, wird in dem durch die Okulare des Operationsmikroskops 1 betrachteten Bild und/oder in dem mit den Farbsensoren des Operationsmikroskops 1 aufgenommenen Bild der vorbestimmte Farbton und somit ein vorbestimmter Farbeindruck erzielt. 3 shows an exemplary embodiment of an illumination device 13, in which the illumination device 13 has only LEDs 33A-33F and a control device 25 for controlling the radiation outputs of the LEDs 33A-33F. The control device 25 can, for example, be the computer from the previously described exemplary embodiment or can be integrated as a dedicated control device into the surgical microscope 1 or the illumination device 13. The narrow spectral ranges of the LEDs 33A-33F and the radiation outputs of the LEDs 33A-33F relative to one another are coordinated such that the narrow spectral ranges add up to produce light with a predetermined hue when operated with the coordinated radiation outputs. The hue can be a white or a colored hue. In other words, if all LEDs 33A-33F are operated with the coordinated radiation powers, the predetermined color tone and thus a predetermined color impression is achieved in the image viewed through the eyepieces of the surgical microscope 1 and/or in the image recorded with the color sensors of the surgical microscope 1.

Um die Multispektralbilder aufzunehmen, können die Strahlungsleistungen der LEDs 33A-33F von der Steuereinrichtung 25 individuell eingestellt werden. Dabei kann die Strahlungsleistung einer LED 23A-23F gegenüber der aufeinander abgestimmten Strahlungsleistung erhöht oder verringert werden. Für jeden Bildpunkt des während der Erhöhung oder Verringerung aufgenommenen monochromen Bildes ist dabei der Luminanzwert des Bildpunktes im Vergleich zum Luminanzwert bei einer Bildaufnahme mit der aufeinander abgestimmten Strahlungsleistung erhöht oder verringert. Aus der Differenz des mit der erhöhten oder verringerten Strahlungsleistung erzielten Luminanzwerts und des mit den aufeinander abgestimmten Strahlungsleistungen erzielten Luminanzwertes kann dann der auf den schmalen Spektralbereich der LED, deren Strahlungsleistung erhöht oder verringert wurde, zurückgehende Luminanzanteil extrahiert werden. Falls die Strahlungsleistung einer LED 23A-23F gegenüber der aufeinander abgestimmten Strahlungsleistung verringert wird, wird der Betrag der Differenz als der auf den entsprechenden schmalen Spektralbereich zurückgehende Luminanzanteil ermittelt. Das Erhöhen oder Verringern der Strahlungsleistung der jeweiligen LED 33A-33F kann dabei so geringgehalten werden, dass sich die Änderung des Farbeindrucks lediglich innerhalb der MacAdam-Ellipse um den Punkt des vorgegebenen Farbtons ändert. Die Grenze für das Erhöhen oder Verringern der Strahlungsleistung der jeweiligen LED 33A-33F ist durch die MacAdam-Ellipse vorgegeben und hängt wie bereits erwähnt auch von der Breite des schmalen Spektralbereichs ab.To capture the multispectral images, the radiant power of the LEDs 33A-33F can be individually adjusted by the control device 25. The radiant power of an LED 23A-23F can be increased or decreased compared to the coordinated radiant power. For each pixel of the monochrome image captured during the increase or decrease, the luminance value of the pixel is increased or decreased compared to the luminance value when the image was captured with the coordinated radiant power. The luminance component attributable to the narrow spectral range of the LED whose radiant power was increased or decreased can then be extracted from the difference between the luminance value achieved with the increased or decreased radiant power and the luminance value achieved with the coordinated radiant powers. If the radiant power of an LED 23A-23F is reduced compared to the coordinated radiant power, the amount of the difference is determined as the luminance component attributable to the corresponding narrow spectral range. Increasing or decreasing the radiant power of the respective LEDs 33A-33F can be kept so small that the change in the color impression only occurs within the MacAdam ellipse around the point of the specified hue. The limit for increasing or decreasing the radiant power of the respective LEDs 33A-33F is determined by the MacAdam ellipse and, as already mentioned, also depends on the width of the narrow spectral range.

Es besteht aber auch die schon mit Bezug auf das vorangehende exemplarische Ausführungsbeispiel beschriebene Möglichkeit, die mit den Farbsensoren des Operationsmikroskops 1 aufgenommenen Bilder aufzusummieren, um so den Effekt, den das Erhöhen oder Verringern der Strahlungsleistung der einzelnen LEDs 33A-33F in den Farbbilder mit sich bringt, zu Mitteln. Wie bereits mit Bezug auf das erste exemplarische Ausführungsbeispiel beschrieben worden ist, kann dadurch die Erhöhung oder Verringerung der Strahlungsleistung der einzelnen LEDs größer ausfallen, wodurch sich das Rauschen des extrahierten Luminanzanteils verringert.However, there is also the possibility, already described with reference to the previous exemplary embodiment, of summing the images recorded with the color sensors of the surgical microscope 1 in order to average the effect of increasing or decreasing the radiant power of the individual LEDs 33A-33F in the color images. As already described with reference to the first exemplary embodiment, this allows the increase or decrease in the radiant power of the individual LEDs to be greater, thereby reducing the noise of the extracted luminance component.

Obwohl in dem in 3 dargestellten exemplarischen Ausführungsbeispiel sechs LEDs 33A-33F dargestellt sind, kann die Zahl der LEDs größer oder kleiner als sechs sein. Beispielsweise werden zum Aufnehmen von Multispektralbilder häufig 12 oder gar mehr in schmalen Spektralbereichen emittierende LEDs verwendet. Außerdem brauchen die LEDs nicht in einer linearen Anordnung angeordnet zu sein, wie dies in 3 lediglich zur Vereinfachung der Darstellung gezeigt ist. Vielmehr können sie in einer matrixartigen Anordnung angeordnet sein. Zudem besteht die Möglichkeit, diese matrixartigen Anordnungen zu wiederholen, sodass für jeden schmalen Spektralbereich so viele LEDs wie Wiederholungen der matrixartigen Anordnung vorhanden sind. Dies kann im Hinblick auf eine homogene Ausleuchtung des Beobachtungsobjekts 5 Vorteile mit sich bringen. Weiterhin können auch die eingangs genannten Möglichkeiten zum Kombinieren des Wellenlängenbereiche der LEDs mittels Spektralfiltern oder mittels Polarisationsstrahlteilern zur Anwendung kommen. Letzteres kann insbesondere sinnvoll sein, wenn die LEDs als Laserdioden mit sehr schmalen und sehr eng beieinander liegenden Spektralbereichen umfassen.Although in the 3 While six LEDs 33A-33F are shown in the exemplary embodiment shown, the number of LEDs may be greater or less than six. For example, 12 or even more LEDs emitting in narrow spectral ranges are often used to capture multispectral images. Furthermore, the LEDs do not need to be arranged in a linear array, as shown in 3 is shown merely to simplify the illustration. Rather, they can be arranged in a matrix-like arrangement. Furthermore, it is possible to repeat these matrix-like arrangements so that for each narrow spectral range there are as many LEDs as there are repetitions of the matrix-like arrangement. This can have advantages with regard to homogeneous illumination of the object being observed. Furthermore, the options mentioned above for combining the wavelength ranges of the LEDs using spectral filters or polarization beam splitters can also be used. The latter can be particularly useful if the LEDs are laser diodes with very narrow and very closely spaced spectral ranges.

In dem in den 4 und 5 dargestellten exemplarischen Ausführungsbeispiel für eine Beleuchtungsvorrichtung 13 ist lediglich eine Halogenglühlampe 41 oder eine andere breitbandige Lichtquelle wie beispielsweise eine Gasentladungslampe oder eine Weißlicht-LED vorhanden. Der Halogenglühlampe 41 ist im vorliegenden exemplarischen Ausführungsbeispiel ein Filterrad 42 im Beleuchtungsstrahlengang nachgeschaltet welches mittels eines steuer- oder regelbaren Motors 44 rotiert werden kann. Dieses Filterrad 42 weist eine Anzahl Spektralfilter 43A-43F auf, die jeweils eine Filtercharakteristik haben, welche bis auf einen schmalen Spektralbereich eine hohe Transmission über den gesamten Breiten Spektralbereich aufweist. Lediglich in dem schmalen Spektralbereich ist die Transmission verringert. Die maximale Verringerung der Transmission im schmalen Spektralbereich ist dabei dadurch begrenzt, dass sich durch die Verringerung der Transmission in dem schmalen Spektralbereich der Farbton des Beleuchtungslichtes lediglich innerhalb einer MacAdam-Ellipse ändern soll, so dass sich der Farbeindruck für den Nutzer des Operationsmikroskops 1 nicht ändert. Die Schwerpunktswellenlängen der schmalen Spektralbereiche, in denen die Transmission verringert ist, unterscheiden sich zwischen den einzelnen Spektralfilter 43A-43F, sodass mittels einer Rotation des Filterrades nacheinander eine Beleuchtung mit unterschiedlichen reduzierten schmalen Spektralbereichen erfolgt. Wie in den vorangegangenen exemplarischen Ausführungsbeispielen werden durch die verringerte Strahlungsleistung am Beobachtungsobjekt 5 im aufgenommenen monochromen Bild die Luminanzwerte der Bildpunkte verringert. Der auf den schmalen Spektralbereich zurückzuführende Luminanzanteil kann daher durch Bilden der bildpunktweisen Differenzbetrags zwischen den Luminanzwerten mit der im schmalen Spektralbereich verringerten Strahlungsleistung und den Luminanzwerten ohne Verringerung des schmalen Spektralbereich extrahiert werden. Um die Luminanzwerte ohne Verringerung der Strahlungsleistung in einem schmalen Spektralbereich zu erhalten, kann das Filterrad 42 auch eine Position enthalten, in der kein Filter vorhanden ist. Auf diese Weise wird mit jeder Umdrehung des Filterrades 42 auch ein Referenzbild aufgenommen, welches die Luminanzwerte ohne Verringerung der Strahlungsleistung in einem schmalen Spektralbereich repräsentiert. Die Grenze für das Verringern der Strahlungsleistung mittels der Spektralfilter 43A-43F ist durch die MacAdam-Ellipse vorgegeben und hängt auch von der Breite des schmalen Spektralbereiches, in dem die Verringerung der Strahlungsleistung erfolgt, ab.In the 4 and 5 In the exemplary embodiment shown for a lighting device 13, only a halogen incandescent lamp 41 or another broadband light source such as a gas discharge lamp or a white light LED is present. The halogen incandescent lamp 41 is In the exemplary embodiment, a filter wheel 42 is arranged downstream of the illumination beam path, which can be rotated by means of a controllable or adjustable motor 44. This filter wheel 42 has a number of spectral filters 43A-43F, each of which has a filter characteristic which, except for a narrow spectral range, exhibits high transmission across the entire wide spectral range. The transmission is only reduced in the narrow spectral range. The maximum reduction in transmission in the narrow spectral range is limited by the fact that the reduction in transmission in the narrow spectral range should only change the hue of the illumination light within a MacAdam ellipse, so that the color impression for the user of the surgical microscope 1 does not change. The centroid wavelengths of the narrow spectral ranges in which the transmission is reduced differ between the individual spectral filters 43A-43F, so that by rotating the filter wheel, illumination with different, reduced narrow spectral ranges occurs one after the other. As in the previous exemplary embodiments, the reduced radiation power at the observation object 5 in the recorded monochrome image reduces the luminance values of the pixels. The luminance component attributable to the narrow spectral range can therefore be extracted by forming the pixel-by-pixel difference between the luminance values with the radiation power reduced in the narrow spectral range and the luminance values without reducing the narrow spectral range. In order to obtain the luminance values without reducing the radiation power in a narrow spectral range, the filter wheel 42 can also contain a position in which no filter is present. In this way, with each rotation of the filter wheel 42, a reference image is also recorded, representing the luminance values without reducing the radiant power in a narrow spectral range. The limit for reducing the radiant power using the spectral filters 43A-43F is determined by the MacAdam ellipse and also depends on the width of the narrow spectral range in which the reduction in radiant power occurs.

Obwohl mit Bezug auf die 4 und 5 Filter 43A-43F beschrieben worden sind, bei denen die Transmission in einem schmalen Spektralbereich verringert ist, besteht auch die Möglichkeit, Filter 43A-43F zu verwenden, in denen die Transmission in einem schmalen Spektralbereich erhöht ist. Denkbar sind hierbei beispielsweise Filter, die im gesamten breiten Spektrum eine Transmissionsrate kleiner 100 % aufweisen, beispielsweise 70 % oder 50 %, und lediglich im schmalen Spektralbereich eine gegenüber den anderen Bereichen erhöhte Transmission, beispielsweise eine um 10 %, 20 % oder 30 % erhöhte Transmission. In diesem Fall hat das Einbringen eines Filters in den Beleuchtungsstrahlengang dieselbe Wirkung wie das mit Bezug auf die 1 und 2 beschriebene zuschalten einer LED.Although with reference to the 4 and 5 While filters 43A-43F have been described, in which the transmission is reduced in a narrow spectral range, it is also possible to use filters 43A-43F in which the transmission is increased in a narrow spectral range. For example, filters are conceivable which have a transmission rate of less than 100% across the entire broad spectrum, for example 70% or 50%, and only in the narrow spectral range an increased transmission compared to the other ranges, for example a transmission increased by 10%, 20% or 30%. In this case, the introduction of a filter into the illumination beam path has the same effect as that described with reference to the 1 and 2 described switching on an LED.

Weiterhin besteht die Möglichkeit, die Filter 43A-43F als Schmalbandfilter auszubilden, die lediglich Licht in einem schmalen Spektralbereich passieren lassen und alles andere Licht des Bereiten Spektralbereichs blockieren. Dies setzt aber voraus, dass sich die von den einzelnen Filtern 43A-43F definierten schmalen Spektralbereiche in der Summe zu dem vorgegebenen, zu erreichenden Farbton führen und dass das Einbringen der Filter 43A-43F in den Beleuchtungsstrahlengang derart rasch erfolgt, dass ein Nutzer des Operationsmikroskops 1 nur das den sich aus der Summe ergebenden Farbton wahrnimmt.Furthermore, it is possible to design filters 43A-43F as narrowband filters, which only allow light in a narrow spectral range to pass through and block all other light in the wider spectral range. However, this requires that the narrow spectral ranges defined by the individual filters 43A-43F add up to the desired color tone, and that filters 43A-43F are inserted into the illumination beam path so quickly that a user of surgical microscope 1 only perceives the color tone resulting from the sum.

6 zeigt ein zeitliches Schaltschema, wie es zum Verringern der Strahlungsleistung der LEDs 33A-33F aus 3 oder zum Verringern der Strahlungsleistung der Halogenglühlampe 1 mittels der Spektralfilter 43A-43F aus den 4 und 5 Verwendung finden kann. In der Figur sind neun schmale Spektralbereiche dargestellt (drei im blauen Spektralbereich B1-B3, drei im Grünen Spektralbereich G1-G3 und drei im roten Spektralbereich R1-R3), die durch vertikale Linien gegeneinander abgegrenzt sind. Zum Zeitpunkt t0 wird die Strahlungsleistung in einem ersten schmalen Spektralbereich des Beleuchtungslichtes reduziert, zu einem Zeitpunkt t1 in einem zweiten schmalen Spektralbereich usw. bis schließlich zu einem Zeitpunkt t8 die Strahlungsleistung im neunten schmalen Spektralbereich reduziert wird. Zu jedem Zeitpunkt t0, bis t8 wird ein monochromes Bild aufgenommen, aus dem dar aus dem jeweiligen schmalen Spektralbereich resultierende Luminanzanteil extrahiert wird. Anschließend wird aus den einzelnen monochromen Bilder ein Multispektralbild generiert, wobei sich die spektralen Informationen aus dem Zeitpunkt der Aufnahme des jeweiligen monochromen Bildes jeweiligen schmalen Spektralbereich aus dem extrahierten Luminanzanteil ergeben. 6 shows a time-dependent circuit diagram, as used to reduce the radiant power of the LEDs 33A-33F from 3 or to reduce the radiation output of the halogen lamp 1 by means of the spectral filters 43A-43F from the 4 and 5 can be used. The figure shows nine narrow spectral ranges (three in the blue spectral range B1-B3, three in the green spectral range G1-G3 and three in the red spectral range R1-R3), which are delimited from one another by vertical lines. At time t0, the radiant power is reduced in a first narrow spectral range of the illuminating light, at time t1 in a second narrow spectral range and so on until finally at time t8 the radiant power is reduced in the ninth narrow spectral range. At each time t0 to t8, a monochrome image is recorded, from which the luminance component resulting from the respective narrow spectral range is extracted. A multispectral image is then generated from the individual monochrome images, with the spectral information from the respective narrow spectral range at the time the respective monochrome image was recorded being derived from the extracted luminance component.

7 zeigt ein alternatives Schaltschema für das Verringern der Strahlungsleistung der LEDs 33A-33F aus 3 oder das Verringern der Strahlungsleistung der Halogenglühlampe 1 mittels der Spektralfilter 43A-43F aus den 4 und 5. In dem in 7 gezeigten Schaltschema werden zu einem Zeitpunkt t0 simultan jeweils die Strahlungsleistungen in einem blauen schmalen Spektralbereich B1, einem grünen schmalen Spektralbereich G1 und einem roten schmalen Spektralbereich R1 reduziert. Zu einem Zeitpunkt t1 werden dann wieder die Strahlungsleistungen in einem blauen schmalen Spektralbereich B2, einem grünen schmalen Spektralbereich G2 und einem roten schmalen Spektralbereich R2 reduziert, wobei sich jedoch die jeweiligen schmalen Spektralbereiche von den zum Zeitpunkt t0 reduzierten schmalen Spektralbereichen unterscheiden. Entsprechend werden zu einem Zeitpunkt t2 wiederum jeweils die Strahlungsleistungen in einem schmalen blauen Spektralbereich B3, einem schmalen grünen Spektralbereich G3 und einem schmalen roten Spektralbereich R3 reduziert, wobei sich die Spektralbereiche sowohl von den zum Zeitpunkten t0 als auch von den zum Zeitpunkt t1 reduzierten Spektralbereichen unterscheiden. Danach wird der Zyklus wiederholt. Dabei können im nächsten Zyklus die reduzierten Strahlungsleistungen in den schmalen spektralen Bändern permutiert werden, sodass beispielsweise zum Zeitpunkt t0 des zweiten Zyklus die Reduktion der Strahlungsleistung im blauen Spektralbereich wie zum Zeitpunkt t0 des ersten Zyklus und die Reduktion der Strahlungsleistung im grünen Spektralbereich wie zum Zeitpunkt t1 des ersten Zyklus erfolgt. Nach Beendigung eines Zyklus oder nach Beendigung der Zyklen mit allen Permutationen kann auch ein Bild ohne Reduzierung der Strahlungsleistung in einem schmalen Spektralbereich aufgenommen werden, um die durch den breiten Spektralbereich verursachten Luminanzwerte für die Bildunkte im monochromen Bild zu ermitteln. Zu jedem Zeitpunkt eines Zyklus wird ein monochromes Bild aufgenommen, aus dem der auf den jeweiligen schmalen Spektralbereich zurückgehende Luminanzanteil extrahiert wird. Auf der Basis der Permutationen können dann die individuellen Luminanzanteil für jeden schmalen Spektralbereich ermittelt werden. 7 shows an alternative circuit diagram for reducing the radiant power of the LEDs 33A-33F from 3 or reducing the radiation output of the halogen lamp 1 by means of the spectral filters 43A-43F from the 4 and 5 . In the 7 In the circuit diagram shown, at a time t0, the radiant powers in a blue narrow spectral range B1, a green narrow spectral range G1, and a red narrow spectral range R1 are simultaneously reduced. At a time t1, the radiant powers in a blue narrow spectral range B2, a green narrow spectral range G2 and a narrow red spectral range R2, whereby, however, the respective narrow spectral ranges differ from the narrow spectral ranges reduced at time t0. Accordingly, at a time t2 the radiant powers in a narrow blue spectral range B3, a narrow green spectral range G3 and a narrow red spectral range R3 are reduced, whereby the spectral ranges differ from both the spectral ranges reduced at time t0 and those reduced at time t1. The cycle is then repeated. In the next cycle the reduced radiant powers in the narrow spectral bands can be permuted so that, for example, at time t0 of the second cycle the radiant power in the blue spectral range is reduced as at time t0 of the first cycle and the radiant power in the green spectral range is reduced as at time t1 of the first cycle. After completing a cycle, or after completing cycles with all permutations, an image can also be acquired in a narrow spectral range without reducing the radiant power to determine the luminance values for the image points in the monochrome image caused by the broad spectral range. At each point in a cycle, a monochrome image is acquired, from which the luminance component attributable to the respective narrow spectral range is extracted. Based on the permutations, the individual luminance components for each narrow spectral range can then be determined.

8 zeigt ein weiteres Schaltschema für das Verändern der Strahlungsleistung der LEDs 33A-33F aus Figur. Dieses Schaltschema ähnelt dem in 6 dargestellten Schaltschema insofern, als dass die Strahlungsleistung zu einem Zeitpunkt t0 in einem ersten schmalen blauen Spektralbereich B1 verringert wird. Im Unterschied zu dem in 6 dargestellten Schaltschema wird jedoch die Strahlungsleistung in wenigstens einem weiteren schmalen blauen Spektralbereichen erhöht. Im vorliegenden exemplarischen Ausführungsbeispiel erfolgt die Erhöhung sogar in zwei weiteren blauen Spektralbereichen B2, B3, wodurch die Erhöhung geringer ausfallen kann. Durch die Erhöhung der Strahlungsleistung in den zwei weiteren schmalen blauen Spektralbereich kann die durch die Verringerung der Strahlungsleistung in dem ersten schmalen blauen Spektralbereich verursachte Farbtonänderung reduziert werden. Zum Zeitpunkt t1 wird dann im nächsten schmalen blauen Spektralbereich B2 die Strahlungsleistung verringert und gleichzeitig in den beiden übrigen blauen Spektralbereichen B1, B3, oder in zumindest einem weiteren blauen Spektralbereich, erhöht. Dieses Schema setzt sich so lange fort, bis die Strahlungsintensität im letzten schmalen roten Spektralbereich R3 verringert und in wenigstens einem anderen roten Spektralbereich R1, R2 erhöht ist. 8 shows another circuit diagram for changing the radiation power of the LEDs 33A-33F from Figure 1. This circuit diagram is similar to the one in 6 shown circuit diagram in that the radiated power is reduced at a time t0 in a first narrow blue spectral range B1. In contrast to the circuit shown in 6 However, in the circuit diagram shown, the radiant power is increased in at least one further narrow blue spectral range. In the present exemplary embodiment, the increase even occurs in two further blue spectral ranges B2, B3, as a result of which the increase can be smaller. By increasing the radiant power in the two further narrow blue spectral ranges, the color tone change caused by the reduction in the radiant power in the first narrow blue spectral range can be reduced. At time t1, the radiant power is then reduced in the next narrow blue spectral range B2 and simultaneously increased in the two remaining blue spectral ranges B1, B3, or in at least one further blue spectral range. This scheme continues until the radiation intensity is reduced in the last narrow red spectral range R3 and increased in at least one other red spectral range R1, R2.

Mit den in 7 und 8 dargestellten Schaltschemata ist es möglich, die Strahlungsleistung in wenigstens einem der schmalen Spektralbereiche durch ein Verändern der Strahlungsleistung in wenigstens einem anderen der schmalen Spektralbereiche auszugleichen, so dass auch bei relativ großen Veränderungen der Strahlungsleistungen in den schmalen Spektralbereichen in der am Objekt ankommenden Strahlungsleistung nur Farbtonänderungen verursacht werden, die die vorgegebene maximal zulässige Abweichung nicht überschreiten, also bspw. innerhalb der geforderten Ellipse liegen. Neben den in 7 und 8 dargestellten Schaltschemata kann ein Fachmann weitere Schaltschemata realisieren, die in der am Objekt ankommenden Strahlungsleistung nur Farbtonänderungen verursachen, welche die maximal zulässige Abweichung nicht überschreiten. beispielsweise können die in den 6 bis 8 gezeigten Schaltschemata miteinander kombiniert werden. So kann etwa simultan mit einer Reduzierung der in einem schmalen blauen Spektralbereich und einer Erhöhung der Strahlungsleistung in wenigstens einem weiteren schmalen blauen Spektralbereich eine Reduzierung der Strahlungsleistung in einem schmalen grünen Spektralbereich und eine Erhöhung der Strahlungsleistung in wenigstens einem weiteren grünen Spektralbereich sowie eine Reduzierung der Strahlungsleistung in einem schmalen roten Spektralbereich und eine Erhöhung der Strahlungsleistung in wenigstens einem weiteren roten Spektralbereich erfolgen.With the 7 and 8 The circuit diagrams shown make it possible to compensate for the radiant power in at least one of the narrow spectral ranges by changing the radiant power in at least one other of the narrow spectral ranges, so that even with relatively large changes in the radiant power in the narrow spectral ranges, the radiant power arriving at the object only causes color changes that do not exceed the specified maximum permissible deviation, i.e., lie within the required ellipse. In addition to the 7 and 8 In addition to the circuit diagrams shown, a specialist can implement further circuit diagrams that only cause color changes in the radiation power arriving at the object that do not exceed the maximum permissible deviation. For example, the 6 to 8 The circuit diagrams shown can be combined with one another. For example, a reduction in the radiant power in a narrow blue spectral range and an increase in the radiant power in at least one further narrow blue spectral range can be simultaneously achieved with a reduction in the radiant power in a narrow green spectral range and an increase in the radiant power in at least one further green spectral range, as well as a reduction in the radiant power in a narrow red spectral range and an increase in the radiant power in at least one further red spectral range.

In den bisherigen exemplarischen Ausführungsbeispielen wurden zum Aufnehmen der Daten für die Multispektralbilder jeweils monochromatische Bildsensoren verwendet. Wie bereits zuvor erwähnt, besteht jedoch auch die Möglichkeit, die Daten für die Multispektralbilder mittels Farbsensoren aufzunehmen. Ein Farbsensor unterscheidet sich dabei von einem monochromatischen Bildsensor dadurch, dass er eine Bayer-Matrix aufweist, die für jedem Bildpunkt des Sensors einen Farbfilter zuordnet, sodass dem jeweiligen Bildpunkt nur Licht in einem durch den ihm zugeordneten Spektralfilter definierten Farbkanal zugeführt wird. Ein Beispiel für eine typische Bayer-Matrix ist in 9 dargestellt. Die Bayer-Matrix weist drei Sorten Spektralfilter 45 auf, wobei die erste Sorte im Wesentlichen rotes Licht, die zweite Sorte im Wesentlichen grünes Licht und die eine dritte Sorte im Wesentlichen blaues Licht zu den jeweils zugeordneten Bildpunkten passieren lässt. Im Weiteren werden die drei Sorten Spektralfilter daher als Rotfilter 45R, Grünfilter 45G und Blaufilter 45B bezeichnet. Typische Transmissionskurven R, G, B der Rotfilter 45R, der Grünfilter 45G und der Blaufilter 45B sind in 10 dargestellt, die ein Diagramm zeigt, in welchem die Transmission T der Rotfilter, der Grünfilter und der Blaufilter als Funktion der Wellenlänge λ aufgetragen ist. Das Diagramm aus 10 zeigt, dass die Rotfilter 45R, die Grünfilter 45G und die Blaufilter 45B im Wesentlichen eine hohe Transmission T für rotes, grünes bzw. blaues Licht aufweisen und dass ihre Transmission T in den jeweils übrigen Wellenlängenbereichen deutlich geringer ist.In the previous exemplary embodiments, monochromatic image sensors were used to record the data for the multispectral images. As already mentioned, it is also possible to record the data for the multispectral images using color sensors. A color sensor differs from a monochromatic image sensor in that it has a Bayer matrix that assigns a color filter to each pixel of the sensor, so that the respective pixel is only supplied with light in a color channel defined by the assigned spectral filter. An example of a typical Bayer matrix is shown in 9 The Bayer matrix has three types of spectral filters 45, the first allowing primarily red light, the second allowing primarily green light, and the third allowing primarily blue light to pass to the respective pixels. In the following, the three types of spectral filters are therefore referred to as red filter 45R, green filter 45G, and blue filter 45B. Typical transmission curves R, G, and B of the red filter 45R, the green filter 45G, and the blue filter 45B are shown in 10 shown which is a slide diagram in which the transmission T of the red filter, the green filter and the blue filter is plotted as a function of the wavelength λ. The diagram from 10 shows that the red filters 45R, the green filters 45G and the blue filters 45B essentially have a high transmission T for red, green and blue light respectively and that their transmission T is significantly lower in the other wavelength ranges.

In der Regel ist die Zahl der der Grünfilter 45G doppelt so groß wie die Zahl der Rotfilter 45R und die Zahl der Blaufilter 45B. Hintergrund ist, dass das menschliche Auge die höchste Empfindlichkeit im grünen Spektralbereich aufweist. Die erhöhte Zahl an Grünfiltern 45G erleichtert daher das Realisieren eines für das menschliche Auge natürlich wirkenden Weißabgleichs.Typically, the number of 45G green filters is twice as high as the number of 45R red filters and 45B blue filters. This is because the human eye is most sensitive to the green spectral range. The increased number of 45G green filters therefore makes it easier to achieve a white balance that appears natural to the human eye.

Die von den einzelnen Bildpunkten des Farbsensors detektieren Signale repräsentieren jeweils den Luminanzbestandteil desjenigen Farbkanals, der dem jeweiligen Bildpunkt mittels eines Spektralfilters zugeordnet ist. D. h., diejenigen Bildpunkte, die den Rotfiltern 45R zugeordnet sind, detektieren im Wesentlichen den Luminanzbestandteil, der vom roten Spektralbereich verursacht wird, diejenigen Bildpunkte, die den Grünfiltern 45G zugeordnet sind, detektieren im Wesentlichen den Luminanzbestandteil, der vom grünen Spektralbereich verursacht wird, und diejenigen Bildpunkte, denen die Blaufilter 45B zugeordnet sind, detektieren im Wesentlichen den Luminanzbestandteil, der vom blauen Spektralbereich verursacht wird. Ein monochromer Bildsensor würde dagegen mit jedem Bildpunkt die vom gesamten Spektralbereich verursachte Luminanz registrieren, also die Summe aller alle Luminanzbestandteile. Um eine entsprechende Luminanz mit dem Farbsensor zu erreichen, werden die bei den jeweiligen Bildpunkten fehlenden Luminanzbestandteile ergänzt. Diese Ergänzung basiert auf einer Interpolation der Luminanzbestandteile benachbarter Bildpunkte. Beispielsweise wird bei einem Bildpunkt, der einem Blaufilter 45B zugeordnet ist, der vom grünen Spektralbereich verursachte Luminanzbestandteil aus denjenigen Luminanzbestandteilen interpoliert, die von angrenzenden Bildpunkten erfasst worden sind, denen Grünfilter 45G zugeordnet sind. Entsprechend wird der vom roten Spektralbereich verursachte Luminanzbestandteil aus denjenigen Luminanzbestandteilen interpoliert, die von angrenzenden Bildpunkten erfasst worden sind, denen Rotfilter 45R zugeordnet sind. Die interpolierten Luminanzbestandteile werden dann dem vom Bildpunkt mit dem Blaufilter 45B erfassten Luminanzbestandteil hinzuaddiert. In gleicher Weise werden auch für die Bildpunkte, denen ein Rotfilter 45R oder ein Grünfilter 45G zugeordnet ist, die nicht erfassten Luminanzbestandteile aus benachbarten Bildpunkten interpoliert und den von den Bildpunkten jeweils erfassten Luminanzbestandteil hinzuaddiert. Auf diese Weise erhält man für jeden Bildpunkt des Farbsensors eine Luminanz, die der Luminanz eines monochromen Bildsensors entspricht. Die beschriebene Ergänzung kann entweder von der Auswerteeinheit 27 oder von einer dem Farbsensor zugeordneten Elektronik vorgenommen werden.The signals detected by the individual pixels of the color sensor each represent the luminance component of the color channel assigned to the respective pixel by means of a spectral filter. This means that the pixels assigned to the red filters 45R essentially detect the luminance component caused by the red spectral range, the pixels assigned to the green filters 45G essentially detect the luminance component caused by the green spectral range, and the pixels assigned to the blue filters 45B essentially detect the luminance component caused by the blue spectral range. A monochrome image sensor, on the other hand, would register the luminance caused by the entire spectral range with each pixel, i.e., the sum of all luminance components. To achieve a corresponding luminance with the color sensor, the luminance components missing from the respective pixels are supplemented. This supplementation is based on an interpolation of the luminance components of neighboring pixels. For example, for a pixel assigned to a blue filter 45B, the luminance component caused by the green spectral range is interpolated from the luminance components detected by adjacent pixels assigned to green filters 45G. Similarly, the luminance component caused by the red spectral range is interpolated from the luminance components detected by adjacent pixels assigned to red filters 45R. The interpolated luminance components are then added to the luminance component detected by the pixel with the blue filter 45B. Similarly, for pixels assigned to a red filter 45R or a green filter 45G, the undetected luminance components from neighboring pixels are interpolated, and the luminance components detected by the pixels are added. In this way, a luminance is obtained for each pixel of the color sensor that corresponds to the luminance of a monochrome image sensor. The described addition can be carried out either by the evaluation unit 27 or by an electronic unit assigned to the color sensor.

Die in 10 gezeigten Transmissionskurven der Rotfilter 45R, der Grünfilter 45G und der Blaufilter 45B kann man sich zum Aufnehmen der Daten für Multispektralbilder zu Nutze machen. Um dies zu erläutern, sind in 10 beispielhaft auch zwei schmale Spektralbereiche I und II dargestellt, deren Schwerpunktswellenlängen im blaugrünen Spektralbereich (schmaler Spektralbereich I) bzw. im gelborangen Spektralbereich (schmaler Spektralbereich II) liegen. Wie der 10 zu entnehmen ist, weisen die Blaufilter 45B und die Grünfilter 45G im schmalen Spektralbereich I eine etwa gleich große mittlere Transmission T auf. Die Transmission T der Rotfilter 45R ist dagegen im schmalen Spektralbereich I äußerst gering. Für den schmalen Spektralbereich II weisen die Rotfilter 45R dagegen eine sehr hohe Transmission T auf, die Grünfilter 45G eine niedrige Transmission T und die Blaufilter 45B eine äußerst geringe Transmission T. Licht im schmalen Spektralbereich I führt daher bei denjenigen Bildpunkten, denen die Blaufilter 45B und die Grünfilter 45G zugeordnet sind, zu einem mittleren Signal, bei denjenigen Bildpunkten, denen die Rotfilter 45R zugeordnet sind, dagegen zu einem äußerst geringen Signal. Licht im schmalen Spektralbereich II führt dagegen bei denjenigen Bildpunkten, denen die Blaufilter 45B zugeordnet sind, zu einem äußerst geringen Signal, bei denjenigen Bildpunkten, denen die Grünfilter 45G zugeordnet sind, zu einem geringen Signal und bei denjenigen Bildpunkten, denen die Rotfilter 45R zugeordnet sind, zu einem sehr hohen Signal. Anhand des Beispiels der schmalen Spektralbereiche I und II wird ersichtlich, dass ein schmaler Spektralbereich durch die von ihm herbeigeführten Verhältnisse der Signale zwischen den Bildpunkten, denen die jeweiligen Farbfilter 45R, 45G, 45B zugeordnet sind, charakterisiert werden kann. Aus den Verhältnissen der Signale zwischen den Bildpunkten, denen die jeweiligen Farbfilter 45R, 45G, 45B zugeordnet sind, kann die Auswerteeinheit 27 daher im Umkehrschluss die Lage des schmalen Spektralbereichs im Spektrum bestimmen.The 10 The transmission curves of the red filter 45R, the green filter 45G and the blue filter 45B shown can be used to record data for multispectral images. To illustrate this, 10 Two narrow spectral ranges I and II are shown as examples, whose center wavelengths lie in the blue-green spectral range (narrow spectral range I) and in the yellow-orange spectral range (narrow spectral range II). 10 As can be seen, the blue filters 45B and the green filters 45G have approximately the same average transmission T in the narrow spectral range I. The transmission T of the red filters 45R, on the other hand, is extremely low in the narrow spectral range I. For the narrow spectral range II, on the other hand, the red filters 45R have a very high transmission T, the green filters 45G have a low transmission T, and the blue filters 45B have an extremely low transmission T. Light in the narrow spectral range I therefore leads to a medium signal at those pixels to which the blue filters 45B and the green filters 45G are assigned, but to an extremely low signal at those pixels to which the red filters 45R are assigned. Light in the narrow spectral range II, on the other hand, results in an extremely low signal at those pixels assigned to the blue filters 45B, a low signal at those pixels assigned to the green filters 45G, and a very high signal at those pixels assigned to the red filters 45R. Using the example of the narrow spectral ranges I and II, it becomes clear that a narrow spectral range can be characterized by the signal ratios it creates between the pixels assigned to the respective color filters 45R, 45G, 45B. Therefore, from the signal ratios between the pixels assigned to the respective color filters 45R, 45G, 45B, the evaluation unit 27 can, conversely, determine the position of the narrow spectral range in the spectrum.

Da beim Aufnehmen der Multispektralbilder gegenüber dem breiten Spektralbereich lediglich zu einer Erhöhung oder Verringerung der Strahlungsleistung im jeweiligen schmalen Spektralbereich vorliegt, wird vor der beschriebenen Bestimmung der Lage des schmalen Spektralbereichs der auf den entsprechenden schmalen Spektralbereich zurückgehende Luminanzanteil ermittelt. Der auf den entsprechenden schmalen Spektralbereich zurückgehende Luminanzanteil kann dabei wie beim monochromatischen Bildsensor aus der Differenz zwischen der Luminanz, die sich mit lediglich einer Beleuchtung im breiten Spektralbereich ergibt, und der Luminanz, die mit der Erhöhung oder Verringerung der Beleuchtung im schmalen Spektralbereich ergibt, ermittelt werden. Anhand des nur den ermittelten Luminanzanteil enthaltenden Bilds bestimmt die Auswerteinheit 27 dann die die Lage des schmalen Spektralbereich wie zuvor beschrieben aus den Verhältnissen der Signale die von dem Luminanzanteil an den Bildpunkten, denen die jeweiligen Farbfilter 45R, 45G, 45B zugeordnet sind, herbeigeführt werden, und ordnet die Lage des schmalen Spektralbereichs dem den ermittelten Luminanzanteil repräsentierenden Bild zu.Since, when recording multispectral images, there is only an increase or decrease in the radiant power in the respective narrow spectral range compared to the wide spectral range, the luminance component attributable to the corresponding narrow spectral range is determined before the position of the narrow spectral range is determined as described. The luminance component attributable to the corresponding narrow spectral range is determined. As with a monochromatic image sensor, the resulting luminance component can be determined from the difference between the luminance resulting from only illumination in the broad spectral range and the luminance resulting from increasing or decreasing the illumination in the narrow spectral range. Using the image containing only the determined luminance component, the evaluation unit 27 then determines the position of the narrow spectral range, as described above, from the ratios of the signals generated by the luminance component at the pixels to which the respective color filters 45R, 45G, 45B are assigned, and assigns the position of the narrow spectral range to the image representing the determined luminance component.

Nachdem für jeden schmalen Spektralbereich ein Bild erzeigt wurde, das den ihm zuzuschreibenden Luminanzanteil repräsentiert und die Lage des jeweiligen schmalen Spektralbereichs ermittelt worden ist, kann die Auswerteeinheit 27 diese Bilder zu einem Multispektralbild zusammensetzen. Da bei dieser Vorgehensweise die Lage des schmalen Spektralbereichs im Spektrum aus den mit dem Farbsensor aufgenommenen Bilddaten ermittelt wird, braucht die Synchronisierung keine Zuordnung der vom Farbsensor aufgenommenen Bilder zu dem zum jeweiligen Aufnahmezeitpunkt aktiven schmalen Spektralbereich zu garantieren. Vielmehr muss sie lediglich sicherstellen, dass während der Aufnahme eines Bildes mit dem Farbsensor nicht von einem schmalen Spektralbereich zu einem anderen schmalen Spektralbereich gewechselt wird. Welcher schmale Spektralbereich während der Aufnahme Verwendung fand, ermittelt die Auswerteeinheit 27 dann aus dem aufgenommenen Bild.After an image has been generated for each narrow spectral range that represents the luminance component attributable to it and the position of the respective narrow spectral range has been determined, the evaluation unit 27 can combine these images into a multispectral image. Since, with this procedure, the position of the narrow spectral range in the spectrum is determined from the image data recorded with the color sensor, the synchronization does not need to guarantee assignment of the images recorded by the color sensor to the narrow spectral range active at the respective recording time. Rather, it only needs to ensure that during the recording of an image with the color sensor, there is no switching from one narrow spectral range to another. The evaluation unit 27 then determines which narrow spectral range was used during the recording from the recorded image.

Obwohl in dem mit Bezug auf die 9 und 10 beschriebenen exemplarischen Ausführungsbeispiel eine Bayer-Matrix mit roten, grünen und blauen Spektralfiltern Verwendung findet, kann die Matrix auch andere Sorten von Spektralfiltern, etwa Spektralfilter für die Farben Zyan, Magenta und Gelb beinhalten. Auch ist die Zahl der unterschiedlichen Sorten von Spektralfiltern weder auf drei begrenzt, noch müssen die Wellenlängenbereiche, die von den Spektralfiltern passiert werden können, ausschließlich im sichtbaren Spektralbereich liegen. Beispielsweise kann die Matrix auch nur zwei unterschiedliche Sorten von Spektralfiltern oder aber vier oder fünf unterschiedliche Sorten von Spektralfiltern aufweisen. Eine obere Grenze für die Zahl der unterschiedlichen Sorten von Spektralfiltern ist dabei durch das Auflösungsvermögen, mit dem die Daten im jeweiligen farblichen Spektralbereich tatsächlich erfasst werden sollen, gegeben. Zudem ist es möglich, dass die Matrix statt Spektralfiltern, welche Licht im sichtbaren Spektralbereich passieren lassen, oder zusätzlich zu wenigstens einer Sorte Spektralfilter, welche Licht im sichtbaren Spektralbereich passieren lassen, wenigstens eine Sorte Spektralfilter umfasst, die Licht im ultravioletten Spektralbereich passieren lässt, und/oder wenigstens eine Sorte Spektralfilter, die Licht im infraroten Spektralbereich passieren lässt. Die beschriebene Art, die Lage des schmalen Spektralbereichs zu ermitteln, kann auch bei Verwendung einer derart abgewandelten Matrix Verwendung finden.Although in the case of 9 and 10 While a Bayer matrix with red, green, and blue spectral filters is used in the exemplary embodiment described, the matrix can also contain other types of spectral filters, such as spectral filters for the colors cyan, magenta, and yellow. The number of different types of spectral filters is neither limited to three, nor do the wavelength ranges that can be passed through by the spectral filters have to lie exclusively in the visible spectral range. For example, the matrix can also have just two different types of spectral filters or four or five different types of spectral filters. An upper limit for the number of different types of spectral filters is given by the resolution with which the data in the respective color spectral range is actually to be recorded. Furthermore, it is possible for the matrix to comprise, instead of spectral filters that allow light in the visible spectral range to pass, or in addition to at least one type of spectral filter that allows light in the visible spectral range to pass, at least one type of spectral filter that allows light in the ultraviolet spectral range to pass, and/or at least one type of spectral filter that allows light in the infrared spectral range to pass. The described method of determining the position of the narrow spectral range can also be used when using such a modified matrix.

In den beschriebenen exemplarischen Ausführungsbeispielen wurden jeweils nur Farbtonänderungen beschrieben, die innerhalb einer MacAdam-Ellipse im CIExy-Farbraum liegen. Wenn die Wahrnehmung einer geringen Farbänderung akzeptiert werden kann, kann in den beschriebenen exemplarischen Ausführungsbeispielen aber auch eine Farbänderung innerhalb einer Ellipse akzeptiert werden, deren Halbachsen einem Mehrfachen einer MacAdam-Ellipse im CIExy-Farbraum entsprechen, bspw. dem doppelten einer MacAdam-Ellipse, dem vierfachen einer MacAdam-Ellipse oder gar dem sechsfachen einer MacAdam-Ellipse. Da Farbräume ineinander transformiert werden können, besteht auch die Möglichkeit eine Ellipse aus dem CIExy-Farbraum in einen anderen Farbraum wie etwa in den sRGB-Farbraum zu transformieren, wobei die einfache geometrische Form einer Ellipse dann nicht notwendigerweise erhalten bleibt. Zudem braucht die vorgegebene maximal zulässige Abweichung nicht auf einer MacAdam-Ellipse zu beruhen. Beispielsweise kann in einem Farbraum um einen Punkt, welcher einen Farbton repräsentiert, eine Kugel mit einem vorgegeben Radus gelegt werden. Wenn der Radus klein genug ist, befinden sich innerhalb der Kugel nur Farbtöne, die sich vom menschlichen Auge nicht unterscheiden lassen. Der entsprechende Radius kann dann in dem Farbraum die maximal zulässige Abweichung repräsentieren. Als weitere Alternative besteht die Möglichkeit einen zulässigen Duv-Wert vorzugeben, der nicht überschritten werden darf.In the exemplary embodiments described, only hue changes were described that lie within a MacAdam ellipse in the CIExy color space. If the perception of a small color change can be accepted, a color change within an ellipse whose semi-axes correspond to a multiple of a MacAdam ellipse in the CIExy color space can also be accepted in the exemplary embodiments described. For example, a color change within an ellipse whose semi-axes correspond to a multiple of a MacAdam ellipse in the CIExy color space, e.g., twice a MacAdam ellipse, four times a MacAdam ellipse, or even six times a MacAdam ellipse, can be accepted. Since color spaces can be transformed into one another, it is also possible to transform an ellipse from the CIExy color space into another color space, such as the sRGB color space, although the simple geometric shape of an ellipse is not necessarily retained. Furthermore, the specified maximum permissible deviation does not have to be based on a MacAdam ellipse. For example, in a color space, a sphere with a specified radius can be placed around a point representing a hue. If the radius is small enough, the sphere will contain only hues that are indistinguishable to the human eye. The corresponding radius can then represent the maximum permissible deviation in the color space. Another alternative is to specify a permissible Duv value that must not be exceeded.

Die vorliegende Erfindung wurde anhand exemplarischer Ausführungsbeispiele zu Erläuterungszwecken im Detail beschrieben. Ein Fachmann erkennt anhand dieser Beschreibung jedoch, dass er im Rahmen der Erfindung, wie sie in den beiliegenden Ansprüchen definiert ist, von den exemplarischen Ausführungsbeispielen abweichen kann. Die Erfindung soll daher ausschließlich durch die beigefügten Ansprüche, nicht jedoch durch die exemplarischen Ausführungsbeispiele beschränkt sein.The present invention has been described in detail using exemplary embodiments for illustrative purposes. However, one skilled in the art will recognize from this description that variations may occur within the scope of the invention as defined in the appended claims. Therefore, the invention is to be limited only by the appended claims and not by the exemplary embodiments.

Claims (16)

Beleuchtungsvorrichtung (13) zum Erzeugen von Multispektralbildern mit - einer Lichtquelleananordung (21, 23A-D, 33A-F), welche dazu ausgelegt ist, ein Objekt (5) mit Beleuchtungslicht zu beleuchten, welches einen breiten Spektralbereich und einen einem bestimmten Punkt eines Farbraums entsprechenden Farbton aufweist, und die es ermöglicht, in wenigstens zwei schmalen Spektralbereichen (I, II) die am Objekt (5) ankommenden Strahlungsleistungen unabhängig voneinander zu verändern; und - einer Steuereinrichtung (25) zum Steuern der Lichtquelleananordung (21, 23A-D, 33A-F) derart, dass die Strahlungsleistungen in den wenigstens zwei schmalen Spektralbereichen (I, II) zeitsequentiell verändert werden, wobei die zeitsequentiellen Veränderungen jeweils eine Veränderung der Strahlungsleistung in wenigstens einem der wenigstens zwei schmalen Spektralbereiche (I, II) beinhalten, dadurch gekennzeichnet, dass in der Steuereinrichtung (25) für den Farbraum eine maximal zulässige Abweichung vom bestimmten Punkt vorgegeben ist und die Steuereinrichtung (25) dazu eingerichtet ist, die Lichtquelleananordung derart zu steuern, dass durch die Veränderung der Strahlungsleistung in wenigstens einem der wenigstens zwei schmalen Spektralbereiche (I, II) in der am Objekt (5) ankommenden Strahlungsleistung nur Farbtonänderungen verursacht werden, welche die vorgegebene maximal zulässige Abweichung von dem bestimmten Punk des Farbraums nicht überschreiten.Illumination device (13) for generating multispectral images, comprising - a light source arrangement (21, 23A-D, 33A-F) which is designed to illuminate an object (5) with to illuminate with illuminating light which has a broad spectral range and a hue corresponding to a specific point of a color space, and which makes it possible to change the radiant powers arriving at the object (5) independently of one another in at least two narrow spectral ranges (I, II); and - a control device (25) for controlling the light source arrangement (21, 23A-D, 33A-F) in such a way that the radiant powers in the at least two narrow spectral ranges (I, II) are changed sequentially in time, wherein the time-sequential changes each include a change in the radiant power in at least one of the at least two narrow spectral ranges (I, II), characterized in that a maximum permissible deviation from the specific point is predetermined in the control device (25) for the color space and the control device (25) is designed to control the light source arrangement in such a way that the change in the radiant power in at least one of the at least two narrow spectral ranges (I, II) only causes color tone changes in the radiant power arriving at the object (5) which do not exceed the predetermined maximum permissible deviation from the specific point of the color space. Beleuchtungsvorrichtung (13) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelleananordung (21, 23A-D, 33A-F) eine im gesamten breiten Spektralbereich emittierende breitbandige Lichtquelle (21) umfasst.Lighting device (13) according to Claim 1 , characterized in that the light source arrangement (21, 23A-D, 33A-F) comprises a broadband light source (21) emitting in the entire broad spectral range. Beleuchtungsvorrichtung (13) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelleananordung (21, 23A-D, 33A-F) für wenigstens einen der schmalen Spektralbereiche (I, II) wenigstens einen von der Steuereinrichtung (25) in den Beleuchtungsstrahlengang (B) einbringbaren Spektralfilter (43A-F) umfasst.Lighting device (13) according to Claim 2 , characterized in that the light source arrangement (21, 23A-D, 33A-F) for at least one of the narrow spectral ranges (I, II) comprises at least one spectral filter (43A-F) which can be introduced into the illumination beam path (B) by the control device (25). Beleuchtungsvorrichtung (13) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquellenanordnung (21, 23A-D, 33A-F) wenigstens eine von der Steuereinrichtung (25) in ihrer Strahlungsleistung einstellbare Lichtquelle (23A-D, (23A-D, 33A-F) umfasst, die in einem der wenigstens zwei schmalen Spektralbereiche (I, II) emittiert.Lighting device (13) according to one of the Claims 1 until 3 , characterized in that the light source arrangement (21, 23A-D, 33A-F) comprises at least one light source (23A-D, 23A-D, 33A-F) whose radiation power can be adjusted by the control device (25) and which emits in one of the at least two narrow spectral ranges (I, II). Beleuchtungsvorrichtung (13) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquellenanordnung (21, 23A-D, 33A-F) wenigstens zwei von der Steuereinrichtung (25) in ihrer Strahlungsleistung einstellbare Lichtquellen (23A-D, (23A-D, 33A-F) umfasst, die jeweils in einem einen anderen schmalen Spektralbereich (I, II) emittieren.Lighting device (13) according to Claim 4 , characterized in that the light source arrangement (21, 23A-D, 33A-F) comprises at least two light sources (23A-D, 23A-D, 33A-F) whose radiation power can be adjusted by the control device (25), each emitting in a different narrow spectral range (I, II). Beleuchtungsvorrichtung (13) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die schmalen Spektralbereiche (I, II) der wenigstens zwei in ihrer Strahlungsleistung einstellbaren Lichtquellen (33A-F) gemeinschaftlich wenigstens einen Teilbereich des breiten Spektralbereichs bilden.Lighting device (13) according to Claim 5 , characterized in that the narrow spectral ranges (I, II) of the at least two light sources (33A-F) whose radiation power is adjustable jointly form at least a partial range of the broad spectral range. Beleuchtungsvorrichtung (13) nach Anspruch 5 oder Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Veränderung der Strahlungsleistung in wenigstens einem der wenigstens zwei schmalen Spektralbereiche (I, II) durch eine Veränderung der Strahlungsleistung in wenigstens einem anderen der wenigstens zwei schmalen Spektralbereiche (I, II) derart ausgeglichen wird, dass durch die Veränderung der Strahlungsleistungen in den schmalen Spektralbereichen (I, II) in der am Objekt (5) ankommenden Strahlungsleistung nur Farbtonänderungen verursacht werden, welche die vorgegebene maximal zulässige Abweichung von dem bestimmten Punk des Farbraums nicht überschreiten.Lighting device (13) according to Claim 5 or Claim 6 , characterized in that a change in the radiation power in at least one of the at least two narrow spectral ranges (I, II) is compensated by a change in the radiation power in at least one other of the at least two narrow spectral ranges (I, II) in such a way that the change in the radiation powers in the narrow spectral ranges (I, II) only causes color tone changes in the radiation power arriving at the object (5) which do not exceed the predetermined maximum permissible deviation from the specific point of the color space. Beleuchtungsvorrichtung (13) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (25) außerdem zum derartigen Steuern der Lichtquelleananordung (21, 23A-D, 33A-F) ausgelegt ist, dass beim Verändern der Strahlungsleistung in wenigstens einem der wenigstens zwei schmalen Spektralbereiche (I, II) nur Helligkeitsänderungen in der am Objekt (5) ankommenden Strahlungsleistung auftreten, die maximal 10% betragen.Lighting device (13) according to one of the Claims 1 until 7 , characterized in that the control device (25) is also designed to control the light source arrangement (21, 23A-D, 33A-F) in such a way that when the radiant power is changed in at least one of the at least two narrow spectral ranges (I, II), only brightness changes in the radiant power arriving at the object (5) occur which amount to a maximum of 10%. Vorrichtung zur Erzeugung von spektrale Eigenschaften eines Objekts repräsentierenden Multispektralbildern mit - wenigstens einem Bildsensor (15) zum Aufnehmen von Bildern von einem Objekt (5), - einer Beleuchtungsvorrichtung (13) nach einem der vorangehenden Ansprüche und - einer Auswerteeinheit (27), welche die Multispektralbilder des Objekts (5) anhand der aus der Veränderung der am Objekt (5) ankommenden Strahlungsleistungen resultierenden Änderung der vom Objekt (5) reflektierten und/oder gestreuten und am Bildsensor (15) ankommenden Strahlungsleistung erzeugt.A device for generating multispectral images representing spectral properties of an object, comprising: - at least one image sensor (15) for recording images of an object (5), - an illumination device (13) according to one of the preceding claims, and - an evaluation unit (27) which generates the multispectral images of the object (5) based on the change in the radiation power reflected and/or scattered by the object (5) and arriving at the image sensor (15), resulting from the change in the radiation power arriving at the object (5). Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass unterschiedlichen Bereichen des Bildsensors (15) jeweils Strahlungsleistung über einen von wenigstens zwei unterschiedlichen spektralen Kanälen (45R, 45G, 45B) zugeführt wird und die Auswerteeinheit (27) dazu ausgelegt ist, beim Ermitteln der Multispektralbilder des Objekts die Unterschiede der den jeweiligen Bereichen zugeführten Strahlungsleistungen auszuwerten.Device according to Claim 9 , characterized in that different areas of the image sensor (15) are each supplied with radiation power via one of at least two different spectral channels (45R, 45G, 45B) and the evaluation unit (27) is designed to evaluate the differences in the radiation power supplied to the respective areas when determining the multispectral images of the object. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (27) außerdem dazu ausgelegt ist, während des zeitsequentiellen Veränderns der am Objekt (5) ankommenden Strahlungsleistung wenigstens ein digitales Bild mit dem vorgegebenen Farbton zu generieren und in dem wenigstens einen digitalen Bild mit dem vorgegebenen Farbton eine innerhalb der vorgegebenen maximal zulässigen Abweichung von dem bestimmten Punk des Farbraums liegende Farbtonabweichung durch eine digitale Farbtonanpassung weiter zu verringern.Device according to Claim 9 or Claim 10 , characterized in that the evaluation unit (27) is further designed to generate at least one digital image with the predetermined color tone during the time-sequential change of the radiation power arriving at the object (5) and to further reduce a color tone deviation lying within the predetermined maximum permissible deviation from the specific point of the color space in the at least one digital image with the predetermined color tone by means of a digital color tone adjustment. Verfahren zum Erzeugen von spektrale Eigenschaften eines Objekts (5) repräsentierenden Multispektralbildern, mit den Schritten: - Beleuchten eines Objekts (5) mit Licht, welches einen breiten Spektralbereich und einen einem bestimmten Punkt eines Farbraums entsprechenden Farbton aufweist; - zeitsequentielles Verändern der am Objekt (5) ankommenden Strahlungsleistung, wobei das zeitsequentielle Verändern der am Objekt (5) ankommenden Strahlungsleistung jeweils eine Veränderung der Strahlungsleistung in wenigstens einem von wenigstens zwei schmalen Spektralbereichen (I, II) beinhaltet; und - Aufnehmen wenigstens eines Bildes mit der jeweiligen am Objekt (5) ankommenden Strahlungsleistung nach jeder zeitsequentiellen Veränderung der am Objekt (5) ankommenden Strahlungsleistung; - Generieren eines Multispektralbildes aus den aufgenommenen Bildern, wobei die spektralen Eigenschaften des Objekts (5) aus zeitsequentiellen Änderungen der vom Objekt (5) reflektierten und/oder gestreuten Strahlungsleistung ermittelt werden, wobei die zeitsequentiellen Änderungen der vom Objekt (5) reflektierten und/oder gestreuten Strahlungsleistung durch das zeitsequentielle Verändern der am Objekt (5) ankommenden Strahlungsleistung verursacht werden; dadurch gekennzeichnet, dass das Verändern der Strahlungsleistung in wenigstens einem der wenigstens zwei schmalen Spektralbereiche (I, II) derart erfolgt, dass durch die Veränderung der Strahlungsleistung in wenigstens einem der wenigstens zwei schmalen Spektralbereiche (I, II) in der am Objekt (5) ankommenden Strahlungsleistung nur Farbtonänderungen verursacht werden, welche eine vorgegebene maximal zulässige Abweichung von dem bestimmten Punk des Farbraums nicht überschreiten.A method for generating multispectral images representing spectral properties of an object (5), comprising the steps of: - illuminating an object (5) with light having a broad spectral range and a hue corresponding to a specific point in a color space; - time-sequentially changing the radiant power arriving at the object (5), wherein the time-sequential changing of the radiant power arriving at the object (5) includes a change in the radiant power in at least one of at least two narrow spectral ranges (I, II); and - recording at least one image with the respective radiant power arriving at the object (5) after each time-sequential change in the radiant power arriving at the object (5); - generating a multispectral image from the recorded images, wherein the spectral properties of the object (5) are determined from time-sequential changes in the radiant power reflected and/or scattered by the object (5), wherein the time-sequential changes in the radiant power reflected and/or scattered by the object (5) are caused by the time-sequential change in the radiant power arriving at the object (5); characterized in that the change in the radiant power in at least one of the at least two narrow spectral ranges (I, II) takes place in such a way that the change in the radiant power in at least one of the at least two narrow spectral ranges (I, II) only causes hue changes in the radiant power arriving at the object (5) that do not exceed a predetermined maximum permissible deviation from the specific point of the color space. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verändern der Strahlungsleistung in wenigstens einem der wenigstens zwei schmalen Spektralbereiche (I, II) durch ein Verändern der Strahlungsleistung in wenigstens einem anderen der wenigstens zwei schmalen Spektralbereiche (I, II) derart ausgeglichen wird, dass durch das Verändern der Strahlungsleistungen in den schmalen Spektralbereichen (I, II) in der am Objekt (5) ankommenden Strahlungsleistung nur Farbtonänderungen verursacht werden, welche eine vorgegebene maximal zulässige Abweichung von dem bestimmten Punk des Farbraums nicht überschreiten.Procedure according to Claim 12 , characterized in that a change in the radiation power in at least one of the at least two narrow spectral ranges (I, II) is compensated by a change in the radiation power in at least one other of the at least two narrow spectral ranges (I, II) in such a way that the change in the radiation power in the narrow spectral ranges (I, II) only causes color tone changes in the radiation power arriving at the object (5) which do not exceed a predetermined maximum permissible deviation from the specific point of the color space. Verfahren nach Anspruch 12 oder Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufnehmen des wenigstens einen Bildes das Aufnehmen von Bildsignalen in wenigstens zwei unterschiedlichen spektralen Kanälen (45R, 45G, 45B) umfasst und beim Erzeugen der Multispektralbilder Unterschiede zwischen den Bildsignalen in den wenigstens zwei unterschiedlichen spektralen Kanälen (45R, 45G, 45B) ausgewertet werden.Procedure according to Claim 12 or Claim 13 , characterized in that the recording of the at least one image comprises the recording of image signals in at least two different spectral channels (45R, 45G, 45B) and, when generating the multispectral images, differences between the image signals in the at least two different spectral channels (45R, 45G, 45B) are evaluated. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Beleuchten des Objekts (5) derart erfolgt, dass beim Verändern der Strahlungsleistung in wenigstens einem der wenigstens zwei schmalen Spektralbereiche (I, II) nur Helligkeitsänderungen in der am Objekt (5) ankommenden Strahlungsleistung auftreten, die maximal 10% betragen.Method according to one of the Claims 12 until 14 , characterized in that the object (5) is illuminated in such a way that when the radiation power is changed in at least one of the at least two narrow spectral ranges (I, II), only brightness changes in the radiation power arriving at the object (5) occur which amount to a maximum of 10%. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass außerdem während des zeitsequentiellen Veränderns der am Objekt (5) ankommenden Strahlungsleistung wenigstens ein digitales Bild mit dem vorgegebenen Farbton generiert wird und dass in dem digitalen Bild mit dem vorgegebenen Farbton eine innerhalb der vorgegebenen maximal zulässigen Abweichung von dem bestimmten Punk des Farbraums liegende Farbtonabweichung durch eine digitale Farbtonanpassung weiter verringert wird.Method according to one of the Claims 12 until 15 , characterized in that , in addition, during the time-sequential change of the radiation power arriving at the object (5), at least one digital image with the predetermined color tone is generated and that in the digital image with the predetermined color tone, a color tone deviation lying within the predetermined maximum permissible deviation from the specific point of the color space is further reduced by digital color tone adjustment.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011053250A1 (en) * 2011-09-05 2013-03-07 Carl Zeiss Ag Method for recording images of e.g. brain of patient during surgical intervention by operation microscope, involves performing exposing of sensor and reading of partial surface before once again exposing sensor and reading sensor surface
CA2942069A1 (en) * 2013-03-15 2014-09-18 Synaptive Medical (Barbados) Inc. Surgical imaging systems
WO2018049215A1 (en) * 2016-09-09 2018-03-15 Intuitive Surgical Operations, Inc. Simultaneous white light and hyperspectral light imaging systems
DE102017108036A1 (en) * 2017-04-13 2018-10-18 Osram Gmbh CONTROL OF LIGHTING DEVICE HAVING AT LEAST TWO ELECTRIC LIGHT SOURCES

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013005981A (en) * 2011-06-27 2013-01-10 Hoya Corp Light source device and imaging system
EP3391805A4 (en) * 2015-12-17 2019-09-18 Olympus Corporation Endoscope device
JP2017203682A (en) * 2016-05-11 2017-11-16 国立大学法人九州大学 Imaging device
DE102017206561B4 (en) * 2017-04-19 2025-06-12 Carl Zeiss Meditec Ag Combination of surgical microscope and endoscope

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011053250A1 (en) * 2011-09-05 2013-03-07 Carl Zeiss Ag Method for recording images of e.g. brain of patient during surgical intervention by operation microscope, involves performing exposing of sensor and reading of partial surface before once again exposing sensor and reading sensor surface
CA2942069A1 (en) * 2013-03-15 2014-09-18 Synaptive Medical (Barbados) Inc. Surgical imaging systems
WO2018049215A1 (en) * 2016-09-09 2018-03-15 Intuitive Surgical Operations, Inc. Simultaneous white light and hyperspectral light imaging systems
DE102017108036A1 (en) * 2017-04-13 2018-10-18 Osram Gmbh CONTROL OF LIGHTING DEVICE HAVING AT LEAST TWO ELECTRIC LIGHT SOURCES

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