[发明专利]三维立体显微镜

说明书

技术领域

本发明一般地涉及立体成像。尤其地，本发明涉及一种用在三维立体成像系统内的离轴照明系统。

背景技术

立体视觉现象，或称立体影像，与具有双目视觉的人类或动物对在场景中感知深度的能力直接相关。这是通过人类大脑同时处理两组存在些许不同的二维光数据时产生的感受效果。通过独立的人类观测者所体验的该现象，是基于这样的事实，即在观测者双眼的视网膜形成的图像存在些许不同。由人类观测者所观测到的在场景中的点对象在左视网膜中成像的图像与右视网膜上的相同场景中成像的图像相比，存在位置上的轻微不同。

最初，通过使用取自两个独立的相机的图像创建立体影像。工作(特别是在视频图像领域)导向这样的系统：两个完整的成像系统永久合并为单个立体取成像系统。这样的成像系统典型地具有提供两条光径的双光轴和成对的物镜光学子系统。它们典型地具有用于右眼视图的一个光轴以及用于左眼视图的一个光轴以在两个成像传感器上并排产生两幅完整图像，一幅用于右眼透视图且一幅用于左眼透视图。

立体成像系统的一些实施中具有围绕中心光轴的单光径。为了获得立体图像对，这样的系统对上述单个成像路径中的光的不同部分(表示位于成像系统的物镜视场内的不同透视图)进行采样。利用不同方法对单个成像路径中的光的两个部分进行采样。

在将三维成像的概念应用于具有大数值孔径的系统时，在定位研究对象的两幅不同透视图方面存在一些困难。透镜典型地靠近对象，其所对向的角度很大。因此，通过典型的显微镜物镜可得到研究对象的来自两个彻底不同的角度的视图。

在照明领域中存在更大的挑战。引导轴上的明视场发射的照明具有生成的对比度非常小的潜在缺点，会使得通过特定显微镜去观测研究对象非常困难，因为在两个透视视图内相异或者不平衡的照明导致了人类观察者很难将立体图像对融合成立体视图。

发明内容

根据本发明的一个方案，提供了一种用于形成对象的立体图像对的装置。该装置包括物镜，其布置为从对象采集光，以引导来自对象的光的第一部分至第一透视孔径，并引导来自对象的光的第二部分至第二透视孔径，第二透视孔径的光加权中心与第一透视孔径的光加权中心以孔径间距在立体水平面内相分离；照明器，其布置为对该对象进行照明，照明器包括光源、用于采集来自光源的照明光并将其引导至研究对象的采集器、以及布置在采集器和对象之间的偏移孔径，并且偏移孔径配置为能定位为离开立体水平面以在两个透视孔径的平面上形成锥形光亮区，该锥形光亮区关于两个透视孔径而大致镜像对称；以及立体成像子系统，其根据通过第一透视孔径而从光的第一部分接收到的光来形成立体图像对中的第一图像，以及根据通过第二透视孔径而从光的第二部分接收到的光来形成立体图像对中的第二图像。

孔径间距能够调节以改变装置的立体影象的量。透视孔径的尺寸能够调节以改变装置的焦深。它们的尺寸可以独立调节。第一透视孔径的光加权中心的位置和第二透视孔径的光加权中心的位置能够调节以使第一透视孔径和第二透视孔径部分重叠。

第一透视孔径的光加权中心的位置和第二透视孔径的光加权中心的位置能够协作地调节以关于锥形光亮区而移动立体水平面。偏移孔径的位置能够调节以关于立体水平面而移动锥形光亮区，以及改变引导至对象的照明光的入射角度。偏移孔径的尺寸能够调节以改变引导至对象的照明光的入射角度的范围。该装置可以为显微镜、宏观镜或者内窥镜。