[發明專利]立體成像光學組件及基于單物鏡的數字三維立體顯微系統

無效

• 申請號: 201110420114.8
• 申請日: 2011-12-14
• 公開（公告）號: CN102566027A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: 俞小進;馮志堅;李建奇;曾德祥
• 申請（專利權）人: 廣州博冠企業有限公司;南京大學
• 主分類號: G02B21/22
• 分類號: G02B21/22;G02B21/36;G02B27/22;H04N13/00
• 代理公司: 廣州凱東知識產權代理有限公司 44259
• 代理人: 陳領

【技術領域】

本發明涉及立體顯微鏡領域，具體為一種采用單物鏡雙光路視差數字三維立體(3D)顯微成像及顯示的立體成像光學組件及基于單物鏡的數字三維立體顯微系統。

【背景技術】

立體顯微鏡是由不同功能的透鏡和顯微鏡機械本體共同組合而，其可以將受觀察的微小物體形成放大、且正立的三維立體空間影像。在觀察眼睛無法直接看到的微小物體和物體微細構造等方面，立體顯微鏡具有其它任何顯微裝置無法替代的效果。而且，迄今為止，一直是人類認識與操縱微觀世界的主要手段之一。

但是，傳統的立體顯微鏡以一對目鏡來輸出影像，為了觀看到清晰的立體影像，要求觀看者雙目的瞳孔要與顯微鏡目鏡的出瞳重合。這就使得觀看者的體位受到嚴重的限制，觀看者的眼睛和肌體非常容易疲勞。長期使用者由于長時間處于同一靜止體位狀態，因此極其容易患上頸椎、腰椎等方面的疾病。為此，世界各國研究者和立體顯微鏡生產商一直致力于新型立體顯微鏡的研究與開發，目的在于設計出符合人體工程學要求的立體顯微鏡，從而消除長時間觀察引起的視覺和身體疲勞。

在20世紀90年代的中國以及早在80年代末的其它世界范圍內，顯微鏡的研究與制造商為顯微系統增加了一套電視攝像裝置，借助CCD攝像機將顯微圖像在平面的顯示器或者監視器上顯示出來，從一定程度上解決了一些問題。但是，由于這種方式只能顯示平面的顯微圖像，所以僅僅從顯示器或者電視機上是無法觀看到顯微立體圖像的。因此，只能作為對顯微對象的定性的粗略觀看或觀看范圍的搜索之用，尚無法通過觀看電視圖像對微小物體進行操作，最終還必須用雙筒目鏡來觀看和操縱微觀物體。

徹底解決顯微系統的人機接口一直是世界各國相關研究者和制造商努力的方向。進入21世紀以來，西方先進的光學儀器生產企業中，少數企業采用了立體圖像技術，希望能從根本上解決體視顯微鏡存在的人體工程學方面的問題。在西方發達國家中，少數的世界著名的光學儀器企業先后推出一些具有新型人機接口的顯微裝置。英國的Vision公司采用視野擴展技術(Expand?pupil)研制了無目鏡的體視顯微鏡，擴大顯微鏡出瞳的工作距離，使觀看者可以在一定的范圍內自由觀看，從而在一定程度上消除了視覺疲勞，使操作者頭部和軀干活動自如。

采用各種可行的技術，使得體視顯微鏡在使用過程中，觀看者的雙眼擺脫目鏡的束縛，這是體視顯微技術在數字化時代的必然發展趨勢。目前傳統的體視顯微鏡在生物、醫學、礦產、公安、檢察等領域得到了廣泛的應用，開發打破傳統體視顯微概念的數字式體視顯微系統，必將對各相關應用領域帶來革命性的影響；同時，由于它突破了現有體視顯微鏡的人機方式和觀察效果，也將有效地擴展該產品的應用領域及范圍，其市場前景是不言而喻的，具有良好的社會效益與經濟效益。

然而現有實現顯微鏡立體視顯微技術存在局限，且不夠成熟，實現起來也非常困難。

【發明內容】

本發明的目的在于針對以上所述現有技術存在的不足，提供一種總是能在立體液晶顯示器上顯示理想的立體圖像的立體成像光學組件。

本發明的另一目的是以現有顯微光學技術為基礎，結合數字三維立體(3D)成像技術，數字化立體顯微系統的一種基于單物鏡的數字三維立體顯微系統，其顯微的三維立體圖像以雙筒目鏡、立體液晶顯示器、大屏幕立體投影系統或者頭戴式立體顯示設備等幾種方式作為人機接口。

為達到上述目的，本發明的技術方案是：立體成像光學組件，包括顯微物鏡組和分光組件，所述顯微物鏡組生成的實像經分光組件分成單獨的兩路，所述顯微物鏡組內的兩個物鏡組的光軸互相成可調的夾角，從而形成立體視差可調的一對光學像，對于不同深度的觀察物體，雙目圖像總是具有允許范圍內視差的立體圖像對，從而總是能在立體液晶顯示器上顯示理想的立體圖像。本發明構成對微小物體的顯微成像，為目鏡組和圖像傳感器提供關于微小物體的正立放大的實像。

所述顯微物鏡組可以是由單物鏡組構成，將物方平面上的物體成像于物鏡的像方焦平面上，形成正立的實像。

所述顯微物鏡組的實像經分光組件分成單獨的兩路后再經轉像光學組由目鏡組成像，形成完整的物鏡-目鏡組合的顯微光學系統。兩路上述顯微光學系統組合使用，相互獨立并從不同方位觀看目標成像。

一種基于單物鏡的數字三維立體顯微系統，其包括立體成像光學組件、三維立體圖像數字模塊、三維立體圖像輸出顯示模塊，所述立體成像光學組件的成像經三維立體圖像數字模塊處理后，由所述三維立體圖像輸出顯示模塊進行顯示。