照亮用于生成三维图像信息的光学系统的视场的方法及装置制造方法

照亮用于生成三维图像信息的光学系统的视场的方法及装置制造方法
【专利摘要】公开一种用于生成三维图像信息的方法及装置。所述装置包括光学系统，其具有布置以捕获在所述光学系统的视场内的光的成像路径。所述成像路径包括至少一个照明部，其可操作地配置为耦合照射通量，从而照亮所述光学系统的视场的至少一部分。所述装置还包括图像调制器，其可操作地配置为使得通过所述成像路径的相应的第一成像部和第二成像部来接收第一图像和第二图像，所述第一成像部和所述第二成像部被布置于邻近至少一个照明部。所述第一成像部在视场内具有第一透视视点，并且所述第二成像部在视场中具有第二透视视点，所述第一图像和所述第二图像一起可操作以表示照亮的视场内的物体的三维空间属性。在本发明的另一个方案中，照明装置可操作地配置为在通过所述成像路径的第二部分指引照射通量以照亮所述光学系统的视场的第一部分同时接收所述第一图像，以及通过所述成像路径的第一部分指引照射通量以照亮所述光学系统的视场的第二部分同时接收所述第二图像之间交替。
【专利说明】照亮用于生成三维图像信息的光学系统的视场的方法及装
【技术领域】
[0001]本发明大致地涉及生成三维图像信息，并且更特别地，涉及照亮用于生成三维图像信息的光学系统的视场。
【背景技术】
[0002]用于观察难以定位以接近位置的物体的诸如显微镜、内窥镜、管道镜的光学仪器大致需要仪器的视场的照明，从而促进可用图像的形成。
[0003]在题名为 “Stereoscopic viewing system using a two dimensional lenssystem(使用二维透镜系统的立体观察系统)”的共同拥有的美国专利6，151，164中，立体观察系统使用二维透镜系统提供立体观察，而不需要二重成像路径和/或摄像机。立体视图提供可以被观察或处理从而提供三维(3D)图像描绘的左透视图和右透视图。对于内窥镜，用于照亮视场的光可以通过外围地路由穿过仪器镗孔的光纤耦合。

【发明内容】

[0004]依照本发明的一个方案，提供一种用于通过光学系统生成三维图像信息的方法，所述光学系统具有由多个光学元件限定的成像路径，所述成像路径布置为捕获在光学系统的视场内的光。所述方法包括:通过所述成像路径的至少一个照明部耦合照射通量(illumination flux),从而照亮所述光学系统的视场的至少一部分；以及通过所述成像路径的相应的第一成像部和第二成像部来接收第一图像和第二图像，所述第一成像部和所述第二成像部布置为邻近至少一个照明部。所述第一成像部在视场内具有第一透视视点，并且所述第二成像部在视场内具有第二透视视点，所述第一图像和所述第二图像一起可操作以表示照亮的视场内的物体的三维空间属性。
[0005]通过所述成像路径的所述至少一个照明部耦合所述照射通量可以包括通过限定于延伸通过所述成像路径的两条大致平行线之间的所述成像路径的至少一个大致矩形部耦合所述照射通量。
[0006]通过所述成像路径的所述至少一个大致矩形部耦合所述照射通量可以包括通过围绕与所述成像路径相关的光轴的大致矩形部耦合所述照射通量，并且接收所述第一图像和所述第二图像可以包括通过布置在大致矩形部的任一侧的所述成像路径的相应的第一成像部和第二成像部来接收第一图像和第二图像。
[0007]通过所述成像路径的所述至少一个大致矩形部耦合所述照射通量可以包括通过布置在与所述成像路径相关的光轴的任一侧的第一大致矩形部和第二大致矩形部耦合照射通量，并且接收所述第一图像和所述第二图像可以包括通过布置在所述第一大致矩形部和所述第二大致矩形部之间的所述成像路径的相应的第一成像部和第二成像部来接收第
一图像和第二图像。
[0008]所述多个光学元件具有大致环形剖面形状，并且通过所述成像路径的所述至少一个照明部耦合所述照射通量可以包括通过布置在与所述成像路径相关的光轴的任一侧的所述成像路径的第一段和第二段耦合所述照射通量，并且接收所述第一图像和所述第二图像可以包括通过布置在所述成像路径的所述第一段和所述第二段之间的所述成像路径的相应的第一成像部和第二成像部来接收第一图像和第二图像。
[0009]通过所述成像路径的所述至少一个照明部耦合所述照射通量可以包括通过所述成像路径的至少一个大致环形部耦合所述照射通量。
[0010]通过所述成像路径的所述至少一个大致环形部耦合所述照射通量可以包括通过围绕所述成像路径的光轴的所述成像路径的所述大致环形部耦合所述照射通量，并且接收所述第一图像和所述第二图像可以包括通过布置在所述大致环状部的任一侧的所述成像路径的相应的第一成像部和第二成像部接收第一图像和第二图像。
[0011]通过所述成像路径的所述至少一个照明部耦合所述照射通量可以包括通过所述多个光学元件中的第一光学元件的至少一个照明部耦合所述照射通量。
[0012]通过所述第一光学元件的所述至少一个照明部耦合所述照射通量可以包括通过以下至少之一的至少一个照明部耦合所述照射通量:物镜；以及窗口，其布置为将来自视场的光传输到所述成像路径中。
[0013]通过所述至少一个照明部耦合所述照射通量可以包括通过在所述物镜和所述窗口中的至少之一中的中央布置的开口耦合所述照射通量。
[0014]通过所述成像路径的所述至少一个照明部耦合所述照射通量可以包括接收来自照明源的所述照射通量并且将所述照射通量引导到所述成像路径的所述至少一个照明部。
[0015]弓I导所述照射通量可以包括通过光纤束和波导的其中之一引导所述照射通量。
[0016]所述方法可以包括在图像传感器处接收所述第一图像和所述第二图像，并且使得所述图像传感器生成表示相应的所述第一图像和所述第二图像的第一信号和第二信号。
[0017]所述方法可以包括在显示器处接收所述第一信号和所述第二信号，并且使所述显示器显示所述第一图像和所述第二图像。
[0018]所述方法可以包括将所述第一图像选择性地指引到操作者的左眼并且将所述第二图像选择性地指引到所述操作者的右眼。
[0019]所述显示器可以可操作地配置为同时显示所述第一图像和所述第二图像中的每一个并且可以进一步包括防止所述第一图像到达操作者的右眼并且防止所述第二图像到达操作者的左眼，同时容许所述第一图像到达操作者的左眼并且容许所述第二图像到达操作者的右眼。
[0020]通过所述成像路径的第一成像部和第二成像部接收所述第一图像和所述第二图像可以包括在防止光到达所述成像路径的所述第一成像部和防止光到达所述成像路径的所述第二成像部之间交替。
[0021]接收所述第一图像和所述第二图像可以包括通过所述成像路径的所述第一成像部和所述第二成像部同时接收所述第一图像和所述第二图像，并且可以进一步包括在防止穿过所述成像路径的所述第一成像部的光通过所述光学系统传输，和防止穿过所述成像路径的所述第二成像部的光通过所述光学系统传输之间交替。
[0022]接收所述第一图像和所述第二图像可以包括通过所述成像路径的所述第一成像部和所述第二成像部同时接收所述第一图像和所述第二图像，并且同时通过所述光学系统传输所述第一图像和所述第二图像；同时在图像调制器接收通过所述光学系统传输的所述第一图像和所述第二图像，并且使所述图像调制器选择性地传输相应的所述第一图像和所述第二图像。
[0023]使所述图像调制器选择性地传输相应的第一图像和所述第二图像可以包括:使所述图像调制器交替地阻断所述第一图像相关的光，同时传输与所述第二图像相关的光；以及阻断与所述第二图像相关的光，同时传输与所述第一图像相关的光。
[0024]使所述图像调制器选择性地传输相应的所述第一图像和所述第二图像可以包括使所述图像调制器修改与所述第一图像相关的光状态以具有第一光学状态，修改与所述第二图像相关的光状态以具有第二光学状态，并且所述第一光学状态和所述第二光学状态可操作以有利于所述第一图像和所述第二图像在布置为接收所述第一图像和所述第二图像的图像传感器处分离为第一图像和第二图像。
[0025]使所述图像调制器修改与所述第一图像和所述第二图像相关的光状态以具有相应的第一光学状态和第二光学状态可以包括使所述图像调制器修改相应的所述第一图像和所述第二图像的偏振状态。
[0026]依照本发明的另一个方案，提供一种用于生成三维图像信息的装置。所述装置包括光学系统，其具有成像路径，所述成像路径布置为捕获在所述光学系统的视场中的光。所述成像路径包括至少一个照明部，其可操作地配置为耦合所述照射通量以照亮所述光学系统的视场的至少一部分。所述装置还包括图像调制器，其可操作地配置为使得通过所述成像路径的相应的第一成像部和第二成像部接收第一图像和第二图像，所述第一成像部和所述第二成像部被布置为邻近所述至少一个照明部。所述第一成像部在视场内具有第一透视视点，并且所述第二成像部在视场内具有第二透视视点，所述第一图像和所述第二图像一起可操作以表示照亮的视场内的物体的三维空间属性。
[0027]所述至少一个照明部可以包括所述成像路径的至少一个大致矩形部，其限定在延伸通过所述成像路径的两条大致平行线之间。
[0028]所述成像路径的所述至少一个大致矩形部可以包括围绕与所述成像路径相关的光轴的大致矩形部，并且所述图像调制器可以可操作地配置为使得通过布置在所述大致矩形部的任一侧的所述成像路径的相应的第一成像部和第二成像部来接收所述第一图像和所述第二图像。
[0029]所述至少一个大致矩形部可以包括布置在与所述成像路径相关的光轴的任一侧的第一大致矩形部和第二大致矩形部，并且所述图像调制器可以可操作地配置为使得通过布置在所述第一大致矩形部和所述第二大致矩形部之间的所述成像路径的相应的第一成像部和第二成像部来接收所述第一图像和所述第二图像。
[0030]所述多个光学元件具有大致环状剖面形状，并且所述成像路径的所述至少一个照明部可以包括所述成像路径的第一段和第二段，其布置在与所述成像路径相关的光轴的任一侧，并且所述图像调制器可以可操作地配置为使得通过布置在所述成像路径的所述第一段和所述第二段之间的所述成像路径的相应的第一成像部和第二成像部来接收所述第一图像和所述第二图像。
[0031]所述成像路径的所述至少一个照明部可以包括所述成像路径的至少一个大致环形部。[0032]所述成像路径的所述至少一个大致环形部可以包括围绕所述成像路径的光轴的所述成像路径的大致环形部。
[0033]所述成像路径的所述至少一个照明部可以包括所述多个光学元件中的第一光学元件的至少一个照明部。
[0034]所述第一光学元件的至少一个照明部可以包括至少以下之一的至少一个照明部:物镜；以及窗口，其布置为将光传输到所述成像路径中。
[0035]所述物镜的所述至少一个照明部可以包括在所述物镜以及所述窗口中的至少一个中的中央布置的开口。
[0036]所述装置可以包括照明源，以及照明路径，其可操作地配置为接收来自所述照明源的所述照射通量，并且将所述照射通量引导到所述成像路径的所述照明部。
[0037]所述照明路径可以包括光纤束以及波导的其中之一。
[0038]所述装置可以包括图像传感器，其用于接收所述第一图像和所述第二图像并且生成表示相应的所述第一图像和所述第二图像的第一信号和第二信号。
[0039]所述装置可以包括显示器，其用于接收所述第一信号和所述第二信号，并且显示所述第一图像和所述第二图像。
[0040]所述装置可以包括光学处理器，其可操作地配置为将所述第一图像选择性地指引到操作者的左眼并且将所述第二图像选择性地指引到操作者的右眼。
[0041]所述显示器可以可操作地配置为同时显示所述第一图像和所述第二图像中的每一个，并且所述光学处理器可以可操作地配置为防止所述第一图像到达操作者的右眼并且防止所述第二图像到达操作者的左眼，同时容许所述第一图像到达操作者的左眼并且容许所述第二图像到达操作者的右眼。
[0042]所述图像调制器可以被布置为在防止光到达所述成像路径的所述第一成像部和防止光到达所述成像路径的所述第二成像部之间交替。
[0043]所述光学系统可以可操作地配置为通过所述成像路径的所述第一成像部和所述第二成像部同时接收所述第一图像和所述第二图像，并且所述图像调制器可以可操作地配置为在防止穿过所述成像路径的所述第一成像部的光通过所述光学系统传输，和防止穿过所述成像路径的所述第二成像部的光通过所述光学系统传输之间交替。
[0044]所述光学系统可以可操作地配置为通过所述成像路径的所述第一成像部和所述第二成像部同时接收所述第一图像和所述第二图像，并且同时通过所述光学系统传输所述第一图像和所述第二图像，并且所述图像调制器可以被布置为同时接收通过所述光学系统传输的所述第一图像和所述第二图像，并且可选择地传输相应的所述第一图像和所述第二图像。
[0045]所述图像调制器可以可操作地配置为通过交替地阻断与所述第一图像相关的光同时传输与所述第二图像相关的光，和阻断与所述第二图像相关的光同时传输与所述第一图像相关的光，来选择性地传输相应的所述第一图像和所述第二图像。
[0046]所述图像调制器可以可操作地配置为通过修改与所述第一图像相关的光状态以具有第一光学状态，修改与所述第二图像相关的光状态以具有第二光学状态来可选择地传输相应的所述第一图像和所述第二图像，并且所述第一光学状态和所述第二光学状态可以可操作为有利于所述第一图像和所述第二图像在布置为接收所述第一图像和所述第二图像的图像传感器处分离为第一图像和第二图像。
[0047]所述图像调制器可以可操作地配置为通过修改相应的所述第一图像和所述第二图像的偏振状态而修改与所述第一图像和所述第二图像相关的光状态。
[0048]依照本发明的另一个方案，提供一种使用光学系统来生成三维图像信息的方法，所述光学系统具有成像路径，所述成像路径布置为捕获在所述光学系统的视场内的光。所述方法包括在通过所述成像路径的第一部分接收第一图像同时通过所述成像路径的第二部分指引所述照射通量以照亮所述光学系统的视场的第一部分之间交替。所述成像路径的所述第一部分具有在视场内的第一透视视点。所述方法还包括通过所述成像路径的第二部分接收第二图像同时通过所述成像路径的第一部分指引所述照射通量以照亮所述光学系统的视场的第二部分。所述成像路径的所述第二部分具有在视场内的第二透视视点。所述第一图像和所述第二图像一起可操作以表示视场内的物体的三维空间属性。
[0049]接收所述第一图像和所述第二图像可以包括通过可操作以捕获来自不可接近位置的光的细长成像路径来接收第一图像和第二图像。
[0050]所述不可接近位置可以是在活体内的位置。
[0051]所述方法可以包括产生照射通量，并且通过所述成像路径的所述第一部分和所述第二部分指引所述照射通量以照亮视场的相应的所述第一部分和所述第二部分可以包括可选择地致动布置在所述成像路径中的调制器以在传输所述第一图像同时通过所述成像路径的所述第二部分反射至少一部分所述照射通量以照亮视场的所述第一部分，和传输所述第二图像同时通过所述成像路径的所述第一部分反射至少一部分所述照射通量以照亮视场的所述第二部分之间交替。
[0052]可选择地致动所述调制器可以包括可选择地致动机械遮光器以在第一位置和第二位置之间移动，在所述第一位置，所述遮光器阻断通过所述成像路径传输所述第二图像，同时通过所述成像路径反射所述照射通量，以照亮视场的所述第二部分，并且在所述第二位置，所述遮光器阻断通过所述成像路径传输所述第一图像，同时通过所述成像路径反射所述照射通量以照亮视场的所述第一部分。
[0053]可选择地致动所述调制器可以包括可选择地致动光阀以交替地阻断通过所述成像路径传输所述第二图像同时通过所述成像路径反射所述照射通量以照亮视场的所述第二部分，和阻断通过所述成像路径传输所述第一图像同时通过所述成像路径反射所述照射通量以照亮视场的所述第一部分。
[0054]通过所述成像路径的所述第一部分和所述第二部分指引所述照射通量以照亮视场的相应的所述第一部分和所述第二部分可以包括在可选择地致动布置为照亮视场的所述第一部分的第一照明装置同时可选择地致动调制器以通过所述成像路径传输所述第一图像，和可选择地致动布置为照亮视场的所述第二部分的第二照明装置同时可选择地致动调制器以通过所述成像路径传输所述第二图像之间交替。
[0055]可选择地致动所述第一照明装置和所述第二照明装置可以包括可选择地致动接近所述光学系统的孔径平面布置的第一照明装置和第二照明装置。
[0056]可选择地致动所述第一照明装置和所述第二照明装置可以包括可选择地致动相
应的第一发光二极管和第二发光二极管。
[0057]可选择地致动所述调制器可以包括使得遮光器在所述成像路径中的第一位置和第二位置之间移动。
[0058]所述光学系统的视场的所述第一部分和所述光学系统的视场的所述第二部分在视场中具有重叠区域。
[0059]通过所述成像路径的相应的所述第一部分和所述第二部分指引所述照射通量可以包括接收来自照明源的所述照射通量并且将所述照射通量可选择地引导到所述成像路径的相应的所述第一部分和所述第二部。
[0060]可选择地引导所述照射通量可以包括将照射通量进入具有相应的第一多根纤维和第二多根纤维的光纤束，所述第一多根纤维被布置为照亮视场的所述第一部分，并且所述第二多根纤维被布置为照亮视场的所述第二部分。
[0061]所述方法可以包括可选择地将所述第一图像指引到操作者的左眼并且可选择地将所述第二图像指引到操作者的右眼。
[0062]可选择地指引可以包括将所述第一图像和所述第二图像中的每一个呈现于操作者的左眼和右眼中的每一个，并且防止所述第一图像到达操作者的右眼以及防止所述第二图像到达操作者的左眼，同时容许所述第一图像到达操作者的左眼并且容许所述第二图像到达操作者的右眼。
[0063]可选择地引导可以包括在容许通过所述光学系统传输所述第一图像和容许通过所述光学系统传输所述第二图像之间交替，同时在可选择地容许所述第一图像到达操作者的左眼和可选择地容许所述第二图像到达操作者的右眼之间交替。
[0064]依照本发明的另一个方案，提供一种用于生成三维图像信息的装置。所述装置包括:光学系统，所述光学系统具有成像路径，所述成像路径布置为捕获在所述光学系统的视场内的光；图像调制器，其可操作地配置为使得通过所述成像路径的相应的第一成像部和第二成像部接收第一图像和第二图像，所述成像路径的所述第一部分具有在视场内的第一透视视点，所述成像路径的所述第二部分具有在视场内的第二透视视点；照明装置，其可操作地配置为在通过所述成像路径的第二部分指引照射通量以照亮所述光学系统的视场的第一部分同时接收所述第一图像，和通过所述成像路径的第一部分指引照射通量以照亮所述光学系统的视场的第二部分同时接收所述第二图像之间交替，所述第一图像和所述第二图像一起可操作以表示视场内的物体的三维空间属性。
[0065]所述成像路径可以包括细长成像路径，其可操作以捕获来自不可接近位置的光。
[0066]所述不可接近位置可以是在活体内的位置。
[0067]所述照明装置可以包括照明源，照明源可操作以产生照射通量，并且所述调制器可以可操作地配置为在传输所述第一图像同时通过所述成像路径的所述第二部分反射至少一部分所述照射通量以照亮视场的所述第一部分，和传输所述第二图像同时通过所述成像路径的所述第一部分反射至少一部分所述照射通量以照亮视场的所述第二部分之间交替。
[0068]所述调制器可以包括机械遮光器，机械遮光器可操作地配置为在第一位置和第二位置之间移动，在所述第一位置，所述遮光器阻断通过所述成像路径传输所述第二图像同时通过所述成像路径反射所述照射通量以照亮视场的所述第二部分，并且在所述第二位置，所述遮光器阻断通过所述成像路径传输所述第一图像同时通过所述成像路径反射所述照射通量以照亮视场的所述第一部分。[0069]所述调制器可以包括光阀，所述光阀可操作地配置为交替地阻断通过所述成像路径传输所述第二图像同时通过所述成像路径反射所述照射通量以照亮视场的所述第二部分，和阻断通过所述成像路径传输所述第一图像同时通过所述成像路径反射所述照射通量以照亮视场的所述第一部分。
[0070]所述照明装置可以包括第一照明装置，其布置为照亮视场的所述第一部分同时通过所述成像路径接收所述第一图像，以及第二照明装置，其布置为照亮视场的所述第二部分同时通过所述成像路径接收所述第二图像。
[0071]所述第一照明装置和所述第二照明装置可以接近所述光学系统的孔径平面布置。
[0072]所述第一照明装置和所述第二照明装置可以包括各自的第一发光二极管和第二发光二极管。
[0073]所述调制器可以包括遮光器，遮光器可操作地配置为在所述成像路径中的第一位置和第二位置之间移动。
[0074]所述光学系统的视场的所述第一部分和所述光学系统的视场的所述第二部分在视场内具有重叠区域。
[0075]所述照明装置可以包括:照明源，其用于产生照射通量；以及引导装置，其可操作为可选择地将所述照射通量引导到所述成像路径的相应的第一部分和第二部分。
[0076]所述引导装置可以包括光纤束，光纤束具有相应的第一多根纤维和第二多根纤维，所述第一多根纤维被布置为照亮视场的所述第一部分，并且所述第二多根纤维被布置为照亮视场的所述第二部分。
[0077]所述装置可以包括用于可选择地将所述第一图像指引到操作者的左眼的设置以及可选择地将所述第二图像指引到操作者的右眼的设置。
[0078]用于可选择地指引的所述设置可以包括用于将所述第一图像和所述第二图像中的每一个呈现于操作者的左眼和右眼中的每一个的设置，以及用于防止所述第一图像到达操作者的右眼并且防止所述第二图像到达操作者的左眼同时容许所述第一图像到达操作者的左眼并且容许所述第二图像到达操作者的右眼的设置。
[0079]所述调制器可操作地配置为在容许通过所述光学系统传输所述第一图像和容许通过所述光学系统传输所述第二图像之间交替，并且用于可选择地指引的设置可以包括用于在可选择地容许所述第一图像到达操作者的左眼和可选择地容许所述第二图像到达操作者的右眼之间交替的设置。
[0080]在结合附图论述下文中本发明的具体实施例的描述时，本发明的其它方案和特征对于本领域中的普通技术人员来说将变得显而易见。
【专利附图】

【附图说明】
[0081]在示出本发明的实施例的附图中，
[0082]图1是根据本发明的第一实施例的用于生成三维图像信息的装置的侧视图；
[0083]图2A至图2D是依照本发明的各种实施例的图1中所示装置的沿线2_2截取的一连串的剖面图；
[0084]图3是图1中所示的装置的两部分的放大侧视图；
[0085]图4是用于图1中所示装置的图像调制器和图像传感器的透视图；[0086]图5是用于图4中所示调制器的液晶装置的局部切面透视图；
[0087]图6是沿图2A中显示的线6-6截取的图1所示的装置的光学系统的示意图；
[0088]图7是根据本发明的替换实施例的用于生成三维图像信息的装置的侧视图；
[0089]图8是用于图7所示的装置的空间调制器的框图；
[0090]图9是用于控制图8所示的空间调制器的控制信号的图形化描述；以及
[0091]图10是根据本发明的另一个替换实施例的用于生成三维图像信息的装置的侧视图。
【具体实施方式】
[0092]在一些应用中，可能期望减小光学仪器的直径或对于光学仪器的给定直径增加可从立体图像得到的3D深度感知。在这种应用中，照亮视场代表重要的挑战。
[0093]参照图1，根据本发明的第一实施例的用于生成三维图像信息的装置一般显示为100。该装置100包括光学系统102，其具有由多个光学元件限定的成像路径。限定成像路径的多个光学元件被布置在细长壳体108中并且包括:第一光学元件104，其在此实施例中为物镜；场透镜112和场透镜114 ;以及多个中继透镜(relay lens) 116-122。在其他实施例中，第一光学元件104可以是窗口，并且透镜112可以被配置为作为物镜。在多个光学元件中的其他元件可以与图1中所示的不同。
[0094]装置100还包括图像传感器110，其在本实施例中位于远离物镜104 —些距离的位置处。物镜104布置为捕获在光学系统的视场(FOV) 106内的光，并且通过场透镜112和场透镜114以及通过多个中继透镜116-122沿成像路径将光传输到图像传感器110。
[0095]装置100还包括照度稱合器(illumination coupler) 124,其用于接收来自外部照明源(未显示)的照射通量。装置100还包括照明导管126，其布置在壳体108中并且沿壳体108的长度延伸。在所示的实施例中，利用光纤束128经由照明导管126耦合照射通量。
[0096]在图1所示的实施例中，装置100和光学系统102配置作为内窥镜，并且壳体108定尺寸并且配置为插入活体内部从而能够观察位于远侧的物体130。本实施例中所示的中继透镜116-122配置作为霍普金斯(Hopkins)型硬质双重棒形透镜，但是可以使用其它场透镜和/或中继透镜以将来自远侧放置的物镜104的图像传输到图像传感器110。
[0097]可替换地，在其它的实施例中，光学系统102可以配置为实现诸如显微镜、管道镜，或其他用于生成3D图像信息的光学系统的替换成像系统。
[0098]图2A至图2D中显示光学系统102的剖面图，并且图3中显示包括物镜104的光学系统102的远侧部132的放大平面图。参照图2A，成像路径包括照明部134，其限定于延伸通过成像路径的两条大致平行线140和142之间。在本实施例中，照明部134具有大致矩形形状并且围绕与成像路径相关的光轴103。
[0099]参照图3，照度耦合器124包括准直透镜144，其配置为接收来自外部照明源146的照射通量并且将通量引导到纤维束128。纤维束128延伸通过照明导管126并且终止于接近物镜104的多个独立纤维150。在束128中的各纤维150通过物镜104的照明部耦合来自源的照射通量的一部分。物镜104通过照明部耦合照射通量以照亮光学系统102的视场106的至少一部分。虽然已经在图3中显示实现了图2A中所示的照明实施例，但是可以同样地很好的实现图2B至图2D中所示的任意实施例。
[0100]返回参照图2A，成像路径包括第一成像部136和第二成像部138，它们布置在大致矩形照明部134的任一侧上。第一成像部136在视场106内具有第一透视视点，并且第二成像部138在视场内具有第二透视视点。
[0101]参照图2B，在另一个实施例中，物镜104的照明部可以包括围绕成像路径的光轴103的大致环状部135。环状部135照亮视场，并且通过布置在大致环状部的任一侧的成像路径的相应的第一成像部136和第二成像部138接收第一图像和第二图像。在图2A所示的实施例中，大致矩形照明部134增加了图2B所示的大致环状部135上方的可用照明面积，并且因此容纳更多数量的和/或更大直径的纤维，从而潜在地增加由通过照明部134耦合的照射通量提供的照明强度。
[0102]参照图2C，在另一个实施例中，照明部包括第一段143和第二段145，它们布置在成像路径的光轴103的任一侧上，并且成像路径包括相应的第一成像部147和第二成像部149，它们布置在第一段和第二段之间。
[0103]参照图2D，在又一个实施例中，照明部包括第一大致矩形部151，以及第二大致矩形部153，它们布置在光轴103的任一侧上，并且成像路径包括布置在第一大致矩形部和第二大致矩形部之间的成像路径的相应的第一成像部155和第二成像部157。成像路径的另外的部分159和部分161还可以被用于生成3D信息。
[0104]在其他实施例中，照明部134可以另外配置为照亮视场，而成像路径的剩余部分包括用于生成第一图像和第二图像的相应的第一成像部和第二成像部。
[0105]参照图3，物镜104包括第一表面154和第二表面156，并且在本实施例中，纤维束128的纤维150终止于第一表面154，并且通过纤维束引导的照明穿过物镜用于照亮视场106。在其他实施例中，物镜104可以包括开口(未显示)，其用于接收纤维束，并且纤维束128可以终止于第二表面156。此种开口可以形成为贯通物镜104，在该情况下可以需要额外窗口来覆盖纤维束128的末端。在一个实施例中，物镜104可以包括两个分离的透镜段，两个分离的透镜段隔开以形成开口。可替换地，开口可以仅形成为部分地贯通物镜104，并且照射通量可以穿过物镜的剩余部分以到达第二表面156。
[0106]在所示实施例中，照明导管126被限定在外壳160和内管162之间，它们一起组成壳体108。内管162包括内侧镗孔164，其定尺寸为接收透镜104，以及透镜112至122，使得相应的透镜在镗孔内依照必要的光学公差居中。在一个实施例中，内管162具有大约6mm的直径，并且外壳160具有大约IOmm的直径。可以由也容纳在镗孔164内且在相邻透镜之间延伸的管状间隔器(未显示)提供在透镜104以及透镜112至122之间的间距。照明导管126提供环形柱状容积，环形柱状容积围绕内管162，用于确定纤维束128的纤维150的路径。
[0107]可替换地，在其他实施例中，可以对限定了照明导管126的外壳160的和内管162的表面进行涂层以使导管沿导管朝向物镜104传导照射通量，从而充当照射波导。
[0108]装置100还包括图像调制器170，其布置在光学系统102和图像传感器110之间。图像调制器170包括输入174，其用于接收调制器控制信号。响应于调制器控制信号，图像调制器170可操作地配置为使得通过物镜104的相应的第一成像部136和第二成像部138(如图2A所示)接收第一图像和第二图像。通过光学系统102接收的第一图像和第二图像被选择性地指引通过调制器170而碰撞到图像传感器110。如上文提及的，第一成像部136在视场106内具有第一透视视点，并且第二成像部138在视场106内具有第一透视视点，并且第一图像和第二图像一起包括有利于照亮的视场106内的物体130的三维空间属性的表示的信息。
[0109]装置100进一步包括控制器180，其具有输入182，输入182与图像传感器110的输出172通信，用于接收图像信号。控制器180还包括:输出184，输出184与调制器输入174通信用于产生调制器控制信号；以及输出188,用于产生驱动显不器190的信号。在一个实施例中，例如，可以使用诸如微处理器或微控制器的处理器电路来实现控制器180。
[0110]由于物镜104的第一成像部136相对于光轴103偏移，所以第一图像具有从物体103的一侧的透视视点。类似地，第二图像具有从物体103的另一侧的透视视点。当第一图像和第二图像被可选择地指引到使用者的相应的左眼和右眼时，使用者将能够从图像中辨别3D信息，以几乎同样的方法，当观察真实物体时，使用者能够辨别3D信息。
[0111]在一个实施例中，第一图像和第二图像可以被作为分离视频域交替地显示于显示器190上。各种类型的有源或和无源眼镜可供用于将如此显示的第一图像和第二图像指引到使用者的眼睛。无源类型的眼镜一般依靠图像的额外的波长或偏振处理以使在眼镜中的无源滤波器元件能够分离图像。有源类型的眼镜一般包括用于从显示器接收同步信号的接收器，从而交替地容许将第一图像和第二图像传输到相应的左眼和右眼。可替换地，可以处理第一图像和第二图像以匹配在相应图像中的可识别特征，并且确定在可识别特征之间的横向移位。所确定的横向移位连同光学系统102的成像参数的认知一起可以被用于计算在物体上的各点之间，或在不同深度的物体之间的深度差。
[0112]在图4中显示了图像调制器170和图像传感器110的更多细节。参照图4，在本实施例中，图像调制器170包括液晶装置(IXD) 200以及透镜202，透镜202布置为从光学系统102接收第一图像和第二图像并且将图像指引到IXD上。一般地，透镜202可以包括多个透镜元件，并且在一个实施例中，透镜202可以选择为在IXD200处或接近IXD200限定用于光学系统102的孔径平面。有利地，在孔径平面处放置IXD200减少诸如相应的第一图像和第二图像的渐晕的图像形成问题。
[0113]在显示的本实施例中，图像传感器110包括电荷耦合装置阵列(CXD)210，其耦合到用于产生表示第一图像和第二图像的图像信号的图像传感器的输出172(显示于图1和图3中)。图像传感器110还包括透镜212，其用于在(XD210上形成第一图像和第二图像。在一个实施例中，透镜212可以包括多个透镜，它们可操作地配置为格式化第一图像和第二图像以填满(XD210的有源区域。
[0114]IXD200对在输入174(在图3中显示)接收到的调制器控制信号做出响应以交替地致动IXD200的第一区域204和第二区域206，从而传输光以形成相应的第一图像和第二图像。在图5中显示IXD200的更多细节。参照图5，IXD200包括液晶材料层302，其布置在第一玻璃板304和第二玻璃板306之间。第一玻璃板304包括多个透明电极308，其形成在第一玻璃板304的表面上并且排列成列。每个电极308具有相关的连接器310，例如，其可以是线结合的或柔性的电路连接。将连接器310连接到底座(header) 312，这样依次有利于与控制器180的输出184(在图3中显示)的连接。第二玻璃板306包括透明区域电极307，其延伸穿过第二玻璃板的表面并且作为共用电极。每个透明电极308限定了在电极和透明区域电极307之间的元件，从而限定了多个可以通过在对应的电极308和区域电极307之间提供驱动电位而单独致动的元件318。
[0115]IXD200还包括第一偏振器314，其具有第一线性偏振特性(在该情况中为垂直偏振)。第一偏振器314覆盖多个透明电极308。IXD200进一步包括第二偏振器316，其覆盖第二电极307并且其具有第二线性偏振特性(在该情况中为水平偏振)。在图5中不需要按比例显示各层。
[0116]返回参照图3，控制器180包括调制器驱动器186，其用于在输出184处产生驱动信号。如实施例中所示，调制器驱动器配置为驱动图5中所示的LCD调制器200，并且因此输出184具有相应于图像调制器170的元件318的数量的“η”个输出通道。因此，输出184为IXD200的每个电极308提供独立的驱动信号。经由底座312和连接器310，将驱动信号耦合到相应的电极308，共用电极307作为对地连接。在一个实施例中，驱动电压可以是在电压V+和V_之间变化的50%占空比的方波，其中在安全操作电压的范围内选择电压以提供碰撞到LCD200的光的传输与阻断之间的充分对照。在图5所示的实施例中，多个柱形元件318有利于变成为图4中所示的区域204和区域206的广度。然而，在其它实施例中，IXD200可以配置为包括仅两个柱形元件，每个元件具有大约IXD200的前表面的50%的广度。
[0117]在操作中，第一偏振器314传输具有垂直偏振的光。在该实施例中,选择液晶材料302使得在松弛阶段(未致动)，穿过晶体的光的偏振不受影响，并且因此第二偏振器316阻断光。当由施加于任意电极308的驱动电压致动时，在电极下面的液晶材料层302的一部分使得通过层传输的光经历90°的偏振变化，因此，穿过第二偏振器316和IXD200。通过交替地产生用于第一多个电极308和第二多个电极308的驱动信号，因此IXD200在相应的第一区域204和第二区域206中阻断光和传输光之间交替。
[0118]在可替换的实施例中，偏振器314和偏振器316都可以垂直地偏振，使得当没有致动电压施加于电极308和电极307之间时LCD调制器也能传输。在此情况下，当元件被致动，液晶材料使光经历90°的偏振变化，从而使元件318阻断光的传输。
[0119]在另一个实施例中，IXD200的电极308可以细分为多个像素(在320以虚线显示)，并且连接器310和底座312可以配置为独立地驱动各像素320。在操作中，可以通过致动在列中的各像素320来致动元件318的列。可替换地，期望以除了柱形模式之外的方式致动像素。例如，液晶装置(IXD) 200可以布置在光学系统102的孔径平面并且可以致动像素320以通过按圆形或半圆形模式致动像素而引起在孔径平面中图像的孔径作用。
[0120]参照图6进一步描述装置100生成3D图像信息的操作。参照图6，显示了装置100的光学系统102的俯视图，并且为了清晰的考虑，省去了壳体108、照度耦合器124、图像调制器170以及图像传感器110的一部分。如上文所述，纤维束128 (在图3中显示)提供视场的照明。通过光学系统102的第一成像部136捕获从在物体130上的点352发出的第一光线束350，并且在由透镜112-122通过光学系统中继转发之后，通过透镜202将其指引到IXD200的第一区域204。类似地，通过光学系统102的第二成像部138捕获从在物体130上的点352发出的第二光线束354，并且在由透镜112-122通过光学系统中继转发之后，通过透镜202将其指引到IXD200的第二区域206。
[0121]在图6中所示的状态下，为了形成第一图像，致动IXD200的第一区域204以容许通过透镜212将来自物镜104的第一成像部136的光传输到(XD210。同时，致动IXD200的第二区域206以防止传输来自物镜104的第二成像部138的光。当致动IXD200以使第一区域204防止光传输并且使第二区域206容许光传输时，通过物镜104的第二成像部138捕获的光通过IXD200的第二区域206传输并且第二图像形成在(XD210上。
[0122]在本实施例中，相应的第一区域204和第二区域206具有近似相同的广度(例如，IXD200的广度的50% )。在其它实施例中，第一部分和第二部分可以大于或小于IXD200的广度的50%。一般的，当用于第一图像和第二图像中的每一个的透视视点被以距光轴103更大的距离分隔开时，由图像提供的3D深度识别等级更高。
[0123]返回参照图3，在显示的实施例中，通过光学系统102的在中央布置的照明部134(显示于图2A中)耦合的照射通量照亮用于捕获物体130的第一图像和第二图像的视场106。在内窥镜检查的情况下，装置100的壳体108的外侧直径一般被需求限制，从而提供患者身体难以到达部分的接近，并且在此情况下，物镜104的直径同样被限制。通过在中央布置的照明部134耦合照射通量具有将第一成像部136和第二成像部138 (显示在图2A中)从光轴103向外地分隔的效果，从而提供在第一图像和第二图像中的信息中的更高3D深度等级。例如图2A中所示，如常规的内窥镜，用于将照度耦合到装置100的视场中的照明部134的使用还允许物镜104在壳体108中占有比如果照射通量通过壳体108的外周部分耦合的情况更大的直径。这允许相应地物镜104的更大直径，其增加第一成像部136和第二成像部138的面积，有利于捕获更多的光。图2B至图2D所示的照明实施例也提供相似的有益效果。
[0124]参照图7，根据本发明第二个实施例的用于生成三维图像信息的装置一般显示为400。装置400包括光学系统402，其具有成像路径，成像路径布置为捕获在光学系统的视场404内的光。光学系统402包括物镜418以及多种其它透镜，其中在图7中示出了场透镜420以及中继透镜422。
[0125]装置400还包括照度耦合器406，其用于从外部照明源408接收照射通量。装置400进一步包括空间调制器410。在此实施例中，空间调制器410能够在实线显示的第一位置412和虚线显示的第二位置414之间移动。
[0126]当空间调制器410处在第一位置412时，通过成像路径的第一部分指引照射通量以照亮视场404的第一部分。当空间调制器410处在第二位置414时，通过成像路径的第二部分指引照射通量以照亮视场404的第二部分。因此，交替地通过成像路径的相应的第一部分和第二部分照亮视场的第一部分和第二部分。
[0127]装置400还包括图像传感器423，其用于接收由光学系统402生成的图像。在本实施例中，图像传感器包括透镜424，其布置为将图像引导到(XD426上。
[0128]当空间调制器410处于第二位置414时，照亮视场404的第二部分，并且成像路径的第一部分接收从视场404内捕获的光。捕获的光由透镜(420-422)通过光学系统402中继转发并且在CCD426接收以形成第一图像。图像路径的第一部分在视场404内具有第一透视视点。尽管视场404的第一部分被照亮，成像路径的第二部分接收在视场404内捕获的光。捕获的光由中继透镜通过光学系统402中继转发并且在(XD426接收以形成第二图像。图像路径的第二部分在视场404内具有第二透视视点。第一图像和第二图像一起可操作以表示物体416的三维空间属性。[0129]在图8中显示空间调制器410的更多细节。参照图8，空间调制器410包括反射镜440，其装配在臂状物442上。臂状物442装配在枢轴444上以提供臂状物的横向运动(side-to-side motion)。臂状物442还包括磁体446,其装配到沿臂状物的中部。将磁体446布置在第一电磁体448和第二电磁体450之间。臂状物442、枢轴444，以及电磁体448和电磁体450 —起构成机械致动器,其可操作以产生使反射镜440在一对停止件454和456之间沿箭头452的方向横向移动的力，其分别限定了臂状物442以及反射镜440的第一位置和第二位置。停止件454和停止件456各包括螺纹部459，其提供校准反射镜440的调整以沿光学系统402的相应的第一部分和第二部分指引照射通量。在一个实施例中，可以将停止件454和停止件456耦合到电致动器(未显示)，从而有利于无需接近调制器410来进行反射镜440的校准。
[0130]为了驱动空间调制器410，图1中所示的实施例的控制器180可以被图8所示的调制器控制器480替代。调制器控制器480包括用于驱动第一电磁体448的线圈458的第一对输出482，以及用于驱动第二电磁体450的线圈460的第二对输出484。
[0131]在操作中，调制器控制器480内部地产生SYNCH信号，并且响应于SYNCH信号，在输出482和484处产生用于驱动各自的线圈458和线圈460的电流波形。通过各自的线圈458和线圈460的电流使得力施加于臂状物442上以朝向所期望的停止件456或停止件454移动。有利地，调制器控制器480可以实现作为推拉式控制器，其中电磁体448和电磁体450中的一个提供在磁体446上的吸引力，而且另一个电磁体提供排斥力。
[0132]在图9中图形化地显示了提供给线圈458和线圈460以使得臂状物442朝向第一电磁体448移动的电流驱动的示范性波形。通过线圈458的电流波形显示为500，并且通过线圈460的波形显示为502。SYNCH信号脉冲波形显示为506。SYNCH信号506的上升沿限定第一时间段504的开始时间，其中电流500迅速地上升以在臂状物442上产生吸引力。吸引力克服臂状物442的惯量并且使得臂状物加速远离停止件456和第二电磁体450。在第一时间段504期间，电流502最初为零，并且一旦臂状物442开始加速，由于臂状物接近停止件454，电流502迅速地增加以提供减速力，由此抑止臂状物的运动以防止接合停止件时臂状物的摇动。臂状物442在停止件454处停止运动，并且电流500和电流502减少为在各线圈458和线圈460中将臂状物保持在停止件454处的小的保持电流。在第二时间段508期间，保持在停止件454处的臂状物442为完成第一图像的捕获提供充足的时间。
[0133]同样地，SYNCH信号506的后续上升沿限定了第三时间段510的开始时间，其中，电流502引起臂状物442上的吸引力并且电流500引起臂状物442上的排斥力以使得臂状物朝向停止件456移动。时间段512限定了第四时间段512，在此期间臂状物442在停止件456停止运动，其为完成第二图像的捕获提供充足的时间。
[0134]如果需要，调制器控制器480还包括输出486，其用于产生用于同步图像传感器423的操作的同步信号(SYNC)。可替换地，输出486可以配置作为输入，其接收由与控制图像传感器相关的控制器产生的同步信号。
[0135]在另一个与图7所示的实施例相关的实施例中，可以在空间调制器410上载有紧凑型照明装置(诸如发光二极管(LED))，从而指引照射通量以照亮视场404的第一部分和
第二部分。
[0136]在其他实施例中，空间调制器410可以被固态调制器替换，固态调制器配置为通过成像路径的第一部分和第二部分耦合光的照射通量，以通过选择地致动布置在成像路径中的调制器以在传输第一图像同时通过成像路径的第二部分反射照射通量的至少一部分以照亮视场的第一部分，和传输第二图像同时通过成像路径的第一部分反射照射通量的至少一部分以照亮视场的第二部分之间交替，来照亮视场的相应的第一部分和第二部分。该固态调制器依靠与成像波长不同的照射通量波长，其可以使用二向色调制器元件和/或滤波器组件来制造。
[0137]参照图10，一般将根据本发明的第三个实施例的用于生成三维图像信息的装置显示为550。装置550具有光学系统，其配置为类似于图7所示的光学系统，并且共同的附图标记已经被用于指代两个实施例中的相似的元件。光学系统402具有成像路径，该成像路径布置为捕获在光学系统的视场404内的光，并且物镜418以及多种其它透镜(显示了多个其它透镜的场透镜420和中继透镜422)形成成像路径的部分。在该实施例中，图7所示的照度耦合器和空间调制器被第一照明源552和第二照明源554代替。第一照明源552包括透镜556，透镜556用于聚集并且指引由第一照明源产生的光，并且第二照明源554包括透镜558，透镜558用于聚集并且指引由第二照明源产生的光。在一个实施例中，第一照明源552和第二照明源554中的每个可以包括发光二极管或多个发光二极管。装置550还包括图像调制器170和图像传感器110，它们配置为类似于图4所示的图像调制器170和图像传感器110。
[0138]在操作中，第一照明源552和第二照明源554分别配置为当响应于控制信而被启动时产生照射通量。因此，第一照明源552和第二照明源554在照亮视场404的第一部分和照亮视场的第二部分之间交替。当照亮了视场的第一部分时，致动图像调制器170以通过成像路径传输第一图像。同样地，当照亮了视场的第二部分时，致动图像调制器170以通过成像路径传输第二图像。如上文所述的实施例，第一图像和第二图像一起可操作以表示视场内的物体的三维空间属性。
[0139]虽然已经描述和示出了本发明的具体实施例，但是这些实施例应该被视为仅是对如依照附随的权利要求解释的本发明的说明而不视为限制本发明。
【权利要求】
1.一种用于通过光学系统生成三维图像信息的方法，所述光学系统具有由多个光学元件限定的成像路径，所述成像路径布置为捕获在所述光学系统的视场中的光，所述方法包括: 通过所述成像路径的至少一个照明部耦合照射通量，从而照亮所述光学系统的视场的至少一部分；以及 通过所述成像路径的相应的第一成像部和第二成像部来接收第一图像和第二图像，所述第一成像部和所述第二成像部布置为邻近所述至少一个照明部，所述第一成像部在所述视场内具有第一透视视点，并且所述第二成像部在所述视场内具有第二透视视点，所述第一图像和所述第二图像一起可操作以表示照亮的视场内的物体的三维空间属性。
2.如权利要求1所述的方法，其中通过所述成像路径的所述至少一个照明部耦合所述照射通量包括:通过限定于延伸通过所述成像路径的两条大致平行线之间的所述成像路径的至少一个大致矩形部耦合所述照射通量。
3.如权利要求2所述的方法，其中通过所述成像路径的所述至少一个大致矩形部耦合所述照射通量包括通过围绕与所述成像路径相关的光轴的大致矩形部耦合所述照射通量，并且其中接收所述第一图像和所述第二图像包括通过布置在所述大致矩形部的任一侧的所述成像路径的相应的第一成像部和第二成像部接收第一图像和第二图像。
4.如权利要求2所述的方法，其中通过所述成像路径的所述至少一个大致矩形部耦合所述照射通量包括通过布置在与所述成像路径相关的光轴的任一侧的第一大致矩形部和第二大致矩形部耦合所述照射通量，并且其中接收所述第一图像和所述第二图像包括通过布置在所述第一大致矩形部和所述第二大致矩形部之间的所述成像路径的相应的第一成像部和第二成像部接收第一图像和第二图像。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述多个光学元件具有大致环形剖面形状，并且其中通过所述成像路径的所述至少一个照明部耦合所述照射通量包括通过布置在与所述成像路径相关的光轴的任一侧的所述成像路径的第一段和第二段耦合所述照射通量，并且其中接收所述第一图像和所述第二图像包括通过布置在所述成像路径的所述第一段和所述第二段之间的所述成像路径的相应的第一成像部和第二成像部接收第一图像和第二图像。
6.如权利要求1所述的方法，其中通过所述成像路径的所述至少一个照明部耦合所述照射通量包括通过所述成像路径的至少一个大致环形部耦合所述照射通量。
7.如权利要求6所述的方法，其中通过所述成像路径的所述至少一个大致环形部耦合所述照射通量包括通过围绕所述成像路径的光轴的所述成像路径的大致环形部耦合所述照射通量，并且其中接收所述第一图像和所述第二图像包括通过布置在所述大致环状部的任一侧的所述成像路径的相应的第一成像部和第二成像部接收第一图像和第二图像。
8.如权利要求1所述的方法，其中通过所述成像路径的所述至少一个照明部耦合所述照射通量包括通过所述多个光学元件的第一光学元件的至少一个照明部耦合所述照射通量。
9.如权利要求8所述的方法，其中通过所述第一光学元件的所述至少一个照明部耦合所述照射通量包括通过以下至少一个的至少一个照明部耦合所述照射通量: 物镜；以及 窗口，其布置为将来自视场的光传输到所述成像路径中。
10.如权利要求9所述的方法，其中通过所述至少一个照明部耦合所述照射通量包括通过在所述物镜和所述窗口中的所述至少一个中的中央布置的开口耦合所述照射通量。
11.如权利要求1所述的方法，其中通过所述成像路径的所述至少一个照明部耦合所述照射通量包括接收来自所述照射通量源的所述照射通量并且将所述照射通量引导到所述成像路径的所述至少一个照明部。
12.如权利要求11所述的方法，其中引导所述照射通量包括通过光纤束和波导中的一个来引导所述照射通量。
13.如权利要求1所述的方法，进一步包括在图像传感器处接收所述第一图像和所述第二图像，并且使所述图像传感器产生表示相应的所述第一图像和所述第二图像的第一信号和第二信号。
14.如权利要求13所述的方法，进一步包括在显示器处接收所述第一信号和所述第二信号，并且使所述显示器显示所述第一图像和所述第二图像。
15.如权利要求14所述的方法，进一步包括将所述第一图像选择性地指引到操作者的左眼并且将所述第二图像选择性地指引到所述操作者的右眼。
16.如权利要求15所述的方法，其中所述显示器可操作地配置为同时显示所述第一图像和所述第二图像中的每一个，并且进一步包括防止所述第一图像到达操作者的右眼以及防止所述第二图像到达操作者的左眼，同时容许所述第一图像到达操作者的左眼以及容许所述第二图像到达操作者的右眼。
17.如权利要求1所述的方法，其中通过所述成像路径的第一成像部和第二成像部接收所述第一图像和所述第二图像包括在防止光到达所述成像路径的所述第一成像部和防止光到达所述成像路径的所述第二成像部之间交替。
18.如权利要求1所述的方法，其中接收所述第一图像和所述第二图像包括通过所述成像路径的所述第一成像部和所述第二成像部同时接收所述第一图像和所述第二图像，并且进一步包括在以下之间交替: 防止穿过所述成像路径的所述第一成像部的光通过所述光学系统传输；和 防止穿过所述成像路径的所述第二成像部的光通过所述光学系统传输。
19.如权利要求1所述的方法，其中接收所述第一图像和所述第二图像包括: 通过所述成像路径的所述第一成像部和所述第二成像部同时接收所述第一图像和所述第二图像，并且同时通过所述光学系统传输所述第一图像和所述第二图像； 同时在图像调制器处接收通过所述光学系统传输的所述第一图像和所述第二图像；以及 使所述图像调制器选择性地传输相应的所述第一图像和所述第二图像。
20.如权利要求19所述的方法，其中使所述图像调制器选择性地传输相应的所述第一图像和所述第二图像包括使所述图像调制器交替地: 阻断与所述第一图像相关的光，同时传输与所述第二图像相关的光；和 阻断与所述第二图像相关的光，同时传输与所述第一图像相关的光。
21.如权利要求19所述的方法，其中使所述图像调制器选择性地传输相应的所述第一图像和所述第二图像包括使所述图像调制器: 修改与所述第一图像相关的光状态以具有第一光学状态；修改与所述第二图像相关的光状态以具有第二光学状态；并且 其中所述第一光学状态和所述第二光学状态可操作以促进所述第一图像和所述第二图像在布置为接收所述第一图像和所述第二图像的图像传感器处分离为第一图像和第二图像。
22.如权利要求21所述的方法，其中使所述图像调制器修改与所述第一图像和所述第二图像相关的所述光状态以具有相应的第一光学状态和第二光学状态包括使所述图像调制器修改相应的所述第一图像和所述第二图像的偏振状态。
23.一种用于生成三维图像信息的装置，所述装置包括: 光学系统，其具有成像路径，所述成像路径布置为捕获在所述光学系统的视场内的光，所述成像路径包括至少一个照明部，所述至少一个照明部可操作地配置为耦合照射通量，从而照亮所述光学系统的视场的至少一部分；以及 图像调制器，其可操作地配置为使通过所述成像路径的相应的第一成像部和第二成像部接收第一图像和第二图像，所述第一成像部和所述第二成像部被布置为邻近所述至少一个照明部，所述第一成像部在视场内具有第一透视视点，并且所述第二成像部在视场内具有第二透视视点，所述第一图像和所述第二图像一起可操作以表示照亮的视场内的物体的三维空间属性。
24.如权利要求23所述的装置，其中所述至少一个照明部包括所述成像路径的至少一个大致矩形部，其限定在延伸通过所述成像路径的两条大致平行线之间。
25.如权利要求24所述的装置，其中所述成像路径的所述至少一个大致矩形部包括围绕与所述成像路径相关的光轴的大致矩形部，并且所述图像调制器可操作地配置为使通过布置在所述大致矩形部的任一侧的所述成像路径的相应的第一成像部和第二成像部接收所述第一图像和所述第二图像。
26.如权利要求24所述的装置，其中所述至少一个大致矩形部包括布置在与所述成像路径相关的光轴的任一侧的第一大致矩形部和第二大致矩形部，并且其中所述图像调制器可操作地配置为使通过布置在所述第一大致矩形部和所述第二大致矩形部之间的所述成像路径的相应的第一成像部和第二成像部接收所述第一图像和所述第二图像。
27.如权利要求23所述的装置，其中所述多个光学元件具有大致环状剖面形状，并且其中所述成像路径的所述至少一个照明部包括布置在与所述成像路径相关的光轴的任一侧的所述成像路径的第一段和第二段，并且其中所述图像调制器可操作地配置为使通过布置在所述成像路径的所述第一段和所述第二段之间的所述成像路径的相应的第一成像部和第二成像部接收所述第一图像和所述第二图像。
28.如权利要求23所述的装置，其中所述成像路径的所述至少一个照明部包括所述成像路径的至少一个大致环形部。
29.如权利要求28所述的装置，其中所述成像路径的所述至少一个大致环形部包括围绕所述成像路径的光轴的所述成像路径的大致环形部。
30.如权利要求23所述的装置，其中所述成像路径的所述至少一个照明部包括所述多个光学元件中的第一光学元件的至少一个照明部。
31.如权利要求30所述的装置，其中所述第一光学元件的所述至少一个照明部包括以下至少一个的至少一个照明部:物镜；以及 窗口，其布置为将光传输到所述成像路径中。
32.如权利要求31所述的装置，其中所述物镜的所述至少一个照明部包括在所述物镜以及所述窗口中的所述至少一个中的中央布置的开口。
33.如权利要求23所述的装置，进一步包括: 照明源；以及 照明路径，其可操作地配置为接收来自所述照明源的所述照射通量，并且将所述照射通量引导到所述成像路径的所述照明部。
34.如权利要求33所述的装置，其中所述照明路径包括光纤束以及波导中的一个。
35.如权利要求23所述的装置，进一步包括图像传感器，其用于接收所述第一图像和所述第二图像并且产生表示相应的所述第一图像和所述第二图像的第一信号和第二信号。
36.如权利要求35所述的装置，进一步包括显示器，其用于接收所述第一信号和所述第二信号并且显示所述第一图像和所述第二图像。
37.如权利要求36所述的装置，进一步包括光学处理器，其可操作地配置为将所述第一图像选择性地指引到操作者的左眼并且将所述第二图像选择性地指引到所述操作者的右眼。
38.如权利要求37所述的装置，其中所述显示器可操作地配置为同时显示所述第一图像和所述第二图像中的每一个，并且其中所述光学处理器可操作地配置为防止所述第一图像到达操作者的右眼以及防止所述第二图像到达操作者的左眼，同时容许所述第一图像到达操作者的左眼以及容许所述第二图像到达操作者的右眼。
39.如权利要求23所述的装置，其中所述图像调制器被布置为在防止光到达所述成像路径的所述第一成像部和防止光到达所述成像路径的所述第二成像部之间交替。
40.如权利要求23所述的装置，其中所述光学系统可操作地配置为通过所述成像路径的所述第一成像部和第二成像部同时接收所述第一图像和所述第二图像，并且其中所述图像调制器可操作地配置为在以下之间交替: 防止穿过所述成像路径的所述第一成像部的光通过所述光学系统传输；和 防止穿过所述成像路径的所述第二成像部的光通过所述光学系统传输。
41.如权利要求23所述的装置，其中所述光学系统可操作地配置为通过所述成像路径的所述第一成像部和所述第二成像部同时接收所述第一图像和所述第二图像，并且同时通过所述光学系统传输所述第一图像和所述第二图像，并且其中所述图像调制器被布置为同时接收通过所述光学系统传输的所述第一图像和所述第二图像，并且选择性地传输相应的所述第一图像和所述第二图像。
42.如权利要求41所述的装置，其中所述图像调制器可操作地配置为通过交替地: 阻断与所述第一图像相关的光，同时传输与所述第二图像相关的光；和 阻断与所述第二图像相关的光，同时传输与所述第一图像相关的光， 来选择性地传输相应的所述第一图像和所述第二图像。
43.如权利要求41所述的装置，其中所述图像调制器可操作地配置为通过以下来选择性地传输相应的所述第一图像和所述第二图像: 修改与所述第一图像相关的光状态以具有第一光学状态；修改与所述第二图像相关的光状态以具有第二光学状态；并且 其中所述第一光学状态和所述第二光学状态可操作以促进所述第一图像和所述第二图像在布置为接收所述第一图像和所述第二图像的图像传感器处分离为第一图像和第二图像。
44.如权利要求43所述的装置，其中所述图像调制器可操作地配置为通过修改相应的所述第一图像和所述第二图像的偏振状态来修改与所述第一图像和所述第二图像相关的所述光状态。
45.一种利用光学系统来生成三维图像信息的方法，所述光学系统具有布置为捕获在所述光学系统的视场内的光的成像路径，所述方法包括在以下之间交替: 通过所述成像路径的第一部分接收第一图像，同时通过所述成像路径的第二部分指引照射通量，以照亮所述光学系统的视场的第一部分，所述成像路径的所述第一部分具有在视场内的第一透视视点； 通过所述成像路径的第二部分接收第二图像，同时通过所述成像路径的第一部分指引所述照射通量，以照亮所述光学系统的视场的第二部分，所述成像路径的所述第二部分具有在视场内的第二透视视点，所述第一图像和所述第二图像一起可操作以表示视场内的物体的三维空间属性。
46.如权利要求45所述的方法，其中接收所述第一图像和所述第二图像包括通过可操作以捕获来自不可接近位置的光的细长成像路径接收第一图像和第二图像。
47.如权利要求46所述的方法，其中所述不可接近位置是在活体内的位置。
48.如权利要求45所述的方法，进一步包括产生所述照射通量，并且其中通过所述成像路径的所述第一部分和所述第二部分指引所述照射通量以照亮视场的相应的所述第一部分和所述第二部分包括选择性地致动布置在所述成像路径中的调制器以在以下之间交替: 传输所述第一图像，同时通过所述成像路径的所述第二部分反射所述照射通量的至少一部分以照亮视场的所述第一部分；和 传输所述第二图像，同时通过所述成像路径的所述第一部分反射所述照射通量的至少一部分以照亮视场的所述第二部分。
49.如权利要求48所述的方法，其中选择性地致动所述调制器包括选择性地致动机械遮光器以在第一位置和第二位置之间移动， 在所述第一位置，所述遮光器阻断通过所述成像路径传输所述第二图像，同时通过所述成像路径反射所述照射通量，以照亮视场的所述第二部分；并且 在所述第二位置，所述遮光器阻断通过所述成像路径传输所述第一图像，同时通过所述成像路径反射所述照射通量，以照亮视场的所述第一部分。
50.如权利要求49所述的方法，其中选择性地致动所述调制器包括选择性地致动光阀以交替地: 阻断通过所述成像路径传输所述第二图像，同时通过所述成像路径反射所述照射通量以照亮视场的所述第二部分；和 阻断通过所述成像路径传输所述第一图像，同时通过所述成像路径反射所述照射通量以照亮视场的所述第一部分。
51.如权利要求45所述的方法，其中通过所述成像路径的所述第一部分和所述第二部分指引所述照射通量以照亮视场的相应的所述第一部分和所述第二部分包括在以下之间交替: 选择性地致动布置为照亮视场的所述第一部分的第一照明装置，同时选择性地致动调制器以通过所述成像路径传输所述第一图像，和 选择性地致动布置为照亮视场的所述第二部分的第二照明装置，同时选择性地致动所述调制器以通过所述成像路径传输所述第二图像。
52.如权利要求51所述的方法，其中选择性地致动所述第一照明装置和所述第二照明装置包括选择性地致动接近所述光学系统的孔径平面布置的第一照明装置和第二照明装置。
53.如权利要求51所述的方法，其中选择性地致动所述第一照明装置和所述第二照明装置包括选择性地致动相应的第一发光二极管和第二发光二极管。
54.如权利要求51所述的方法，其中选择性地致动所述调制器包括使遮光器在所述成像路径内的第一位置和第二位置之间移动。
55.如权利要求45所述的方法，其中所述光学系统的视场的所述第一部分和所述光学系统的视场的所述第二部分在视场内具有重叠区域。
56.如权利要求45所述的方法，其中通过所述成像路径的相应的所述第一部分和所述第二部分指引所述照射通量包括接收来自照明源的所述照射通量并且将所述照射通量选择性地引导到所述成像路径的相应的所述第一部分和所述第二部分。
57.如权利要求56所述的方法，其中选择性地引导所述照射通量包括将所述照射通量引导进入具有相应的第一多根纤维和第二多根纤维的光纤束，所述第一多根纤维被布置为照亮视场的所述第一部分，并且所述第二多根纤维被布置为照亮视场的所述第二部分。
58.如权利要求45所述的方法，进一步包括选择性地将所述第一图像指引到操作者的左眼并且选择性地将所述第二图像指引到操作者的右眼。
59.如权利要求58所述的方法，其中选择性地指引包括: 将所述第一图像和所述第二图像中的每一个呈现于操作者的左眼和右眼中的每一个；以及 防止所述第一图像到达操作者的右眼并且防止所述第二图像到达操作者的左眼，同时容许所述第一图像到达操作者的左眼并且容许所述第二图像到达操作者的右眼。
60.如权利要求58所述的方法，其中选择性地引导包括:在容许所述第一图像通过所述光学系统传输和容许所述第二图像通过所述光学系统传输之间交替，同时在选择性地容许所述第一图像到达操作者的左眼和选择性地容许所述第二图像到达操作者的右眼之间交替。
61.一种用于生成三维图像信息的装置，所述装置包括: 光学系统，其具有成像路径，所述成像路径布置为捕获在所述光学系统的视场内的光; 图像调制器，其可操作地配置为使得通过所述成像路径的相应的第一成像部和第二成像部接收第一图像和第二图像，所述成像路径的所述第一部分具有在视场内的第一透视视点，所述成像路径的所述第二部分具有在视场内的第二透视视点；照明装置，其可操作地配置为在以下之间交替: 通过所述成像路径的所述第二部分指引所述照射通量以照亮所述光学系统的视场的第一部分，同时接收所述第一图像；和 通过所述成像路径的所述第一部分指引所述照射通量以照亮所述光学系统的视场的第二部分，同时接收所述第二图像； 所述第一图像和所述第二图像一起可操作以表示视场内的物体的三维空间属性。
62.如权利要求61所述的装置，其中所述成像路径包括细长成像路径，其可操作以捕获来自不可接近位置的光。
63.如权利要求62所述的装置，其中所述不可接近位置是在活体内的位置。
64.如权利要求61所述的装置，其中所述照明装置包括可操作以产生照射通量的照明源，并且其中所述调制器可操作地配置为在以下之间交替: 传输所述第一图像，同时通过所述成像路径的所述第二部分反射所述照射通量的至少一部分，以照亮视场的所述第一部分；和 传输所述第二图像，同时通过所述成像路径的所述第一部分反射所述照射通量的至少一部分，以照亮视场的所述第二部分。
65.如权利要求64所述的系统，其中所述调制器包括机械遮光器，所述机械遮光器可操作地配置为在第一位置和第二位置之间移动， 在所述第一位置，所述遮光器阻断通过所述成像路径传输所述第二图像，同时通过所述成像路径反射所述照射通量，以照亮视场的所述第二部分；并且 在所述第二位置，所述遮光器阻断通过所述成像路径传输所述第一图像，同时通过所述成像路径反射所述照射通量，以照亮视场的所述第一部分。
66.如权利要求65所述的装置，其中所述调制器包括光阀，所述光阀可操作地配置为交替地: 阻断通过所述成像路径传输所述第二图像，同时通过所述成像路径反射所述照射通量，以照亮视场的所述第二部分；和 阻断通过所述成像路径传输所述第一图像，同时通过所述成像路径反射所述照射通量，以照亮视场的所述第一部分。
67.如权利要求61所述的装置，其中所述照明装置包括: 第一照明装置，其布置为照亮视场的所述第一部分，同时通过所述成像路径接收所述第一图像；以及 第二照明装置，其布置为照亮视场的所述第二部分，同时通过所述成像路径接收所述第二图像。
68.如权利要求67所述的装置，其中所述第一照明装置和所述第二照明装置布置为接近所述光学系统的孔径平面。
69.如权利要求67所述的装置，其中所述第一照明装置和所述第二照明装置包括相应的第一发光二极管和第二发光二极管。
70.如权利要求67所述的装置，其中所述调制器包括遮光器，所述遮光器可操作地配置为在所述成像路径内的第一位置和第二位置之间移动。
71.如权利要求61所述的装置，其中所述光学系统的视场的所述第一部分和所述光学系统的视场的所述第二部分在视场内具有重叠区域。
72.如权利要求61所述的装置，其中所述照明装置包括: 照明源，其用于产生所述照射通量；以及 引导装置，其可操作以选择性地将所述照射通量引导到所述成像路径的相应的所述第一部分和第二部分。
73.如权利要求72所述的装置，其中所述引导装置包括光纤束，所述光纤束具有相应的第一多根纤维和第二多根纤维，所述第一多根纤维被布置为照亮视场的所述第一部分，并且所述第二多根纤维被布置为照亮视场的所述第二部分。
74.如权利要求61所述的装置，进一步包括用于选择性地将所述第一图像指引到操作者的左眼的器件以及选择性地将所述第二图像指引到操作者的右眼的器件。
75.如权利要求74所述的装置，其中用于选择性地指引的所述器件包括: 用于将所述第一图像和所述第二图像中的每一个呈现于操作者的左眼和右眼中的每一个的器件，以及 用于防止所述第一图像到达操作者的右眼并且防止所述第二图像到达操作者的左眼同时容许所述第一图像到达操作者的左眼并且容许所述第二图像到达操作者的右眼的器件。
76.如权利要求74所述的装置，其中所述调制器可操作地配置为在容许通过所述光学系统传输所述第一图像和容许通过所述光学系统传输所述第二图像之间交替，并且其中用于选择性地指引的所述器件包括用于在选择性地容许所述第一图像到达操作者的左眼和选择性地容许所述第二图像到达操作者的右眼之间交替的器件。
【文档编号】G03B35/18GK103917845SQ201180074744
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2011年9月8日 优先权日:2011年9月8日
【发明者】托马斯·N·米切尔, 伊奇罗·欣科达, 马丁·贝克特 申请人:管理前街不同收入阶层的前街投资管理有限公司