立体显微镜、立体聚束栅及视频显微系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种具有立体聚束栅的立体显微镜，所述立体聚束栅用于对决定立体显微镜的立体基线的两个光轴的间距进行调节，本实用新型还涉及一种相应的立体聚束栅及其在立体显微镜中的应用、一种视频显微系统和一种显示立视图像的方法。
【背景技术】
[0002]立体观察的基础是从两个视角对物体的观察，所述视角通常是由观察者的眼距形成的。当两只眼睛对准一个点时，两个眼轴形成一个夹角(视角或聚焦角)，该点越邻近眼睛，则该夹角就越大。在此基础上由大脑将两只眼睛获取的图像合成为一个立体总效果(立体图像)。
[0003]在进行通常的观察时可将聚焦角始终与物距适配，但此点在技术设备中，例如在立体显微镜上往往是不可能的。在如下结合图1描述的伸缩套管型的立体显微镜中，立视通道的光轴在主物镜的图像侧始终是平行伸展的。由设计决定的立视通道的轴具有一个最小间距，不能低于该最小间距。对物体上点的观察角度和聚焦角因此是根据焦距的物体与物镜之间的距离和立视通道的间距(通常被称作立体基线或基线长度)决定的。
[0004]特别是在立体基线固定不变大幅度增大放大倍数并因此在物体与物镜之间的距离很小时，此点有时会导致虚假的观察效果。在该情况下从一个距离对物体进行观察，在该距离的情况下由立体显微镜预先设定的聚焦角大于大脑预期的角度。因此将导致形成过分感视的图像。反之在聚焦角非预期的小时，对观察者来说被观察的物体的图像将平坦化。
[0005]特别在视频显微系统中，在该系统中立视图像例如在监视器或用投影系统显示，将出现所述效应。在这种系统中观察者位于距显示或投影面相当大的距离处。因此与不用技术设备对远距离的物体观察的情况类似，观察者的大脑期待小的聚焦角。但由立体显微镜预定的聚焦角较大，因而将造成被观察的物体呈非自然状态。
[0006]因此特别是在视频显微系统中需要立体基线是可调节的。而且例如在观察低置的物体，例如观察在狭窄的管中低置的物体，和/或在对表面进行观察强调立体效应时(与上述的原则相反)也需要立体基线是可调的。
[0007]在DE1852999U1中披露了一种用于调整立体显微镜的立体基线的棱镜装置。该棱镜装置具有两个棱镜对。从初始位置开始，在该初始位置用立体显微镜的相应的立视通道对立体基线进行预先设定，通过对其中的一个棱镜对的轴向调整减小立体基线。但由于在每个立视通道内两个倾斜的棱镜面上的折射，将由于散射效应产生附加的像差，所述的散射效应特别是在高度修整的物镜上将对图像质量产生不利的影响。另外可以实现的最小的立体基线在图中示出的装置中与立体通道的直径相符。而且为实现利用所述视频显微系统的再现需要几毫米的立体基线。
[0008]EP0072652B1披露了一种显微系统，其中立体基线从中性位置不仅可以向正方向也可以向负方向变化。但文献中推荐的装置明显地增大了立体显微镜的结构长度。此点在放大倍数小时首先就渐晕效应而言是严重的不利因素。由于光学面的数量多，所以将出现高的对比度损耗和严重的像差效应。这种装置由于缺少机械和光学接口，因而不适用于习用的立体显微镜。
[0009]着眼于这些技术背景实有对立体显微镜立体基线可变调节方案进行改进的必要。【实用新型内容】
[0010]针对在独立权利要求中给出的该背景，本实用新型推荐一种带有立体聚束栅的立体显微镜，所述立体聚束栅用于对两个光轴之间的决定立体显微镜的立体基线的间距进行调节，本实用新型还推荐一种相应的立体聚束栅及其在立体显微镜中的应用、一种视频显微系统和一种用于显示立视图像的方法。优选设计是从属权利要求和下述说明的主题。
[0011]本实用新型的主要方面提出一种装置，所述装置通过对光轴的调节可实现立体显微镜的立体基线的可变的调节。在本申请中对该装置简称为“立体聚束栅”。该光轴的间距决定立体基线，所述光轴伸展穿过共同的主物镜并分别属于立体显微镜的立视通道。故在下面简略地就“立体基线”的调节而言，意味着对决定立体基线的光轴之间的间距的调节。下面的描述部分针对立体聚束栅，部分针对带有立体聚束栅的立体显微镜。但所涉及的立体聚束栅是相同的。
[0012]在公知的立体显微镜中设置有至少一个由两个立视通道构成的组。该组的每个立视通道分别配属给观察者的一只眼睛或电子立视摄像单元的一个探测单元。所提及的光轴分别位于观察光路中，所述观察光路由立视通道决定。因此对观察者的每只眼睛配属有观察光路中的一个光轴，或换句话说，配属有立视通道。故在下面就光轴而言，同样涉及的是有关光轴伸展通过的观察光路。
[0013]光轴可以在反射面上或通过折射件被偏转，并因此按区段在不同的方向上伸展。所述光轴相互可以有任意的夹角。此点同样也涉及观察光路。
[0014]在本实用新型优选的伸缩套管型立体显微镜中，两个立视通道的光轴至少在部分区段内是平行伸展的。因此配属给观察者双眼或电子立视摄像单元的两个探测单元的两个立视通道至少在部分区段内也是相互平行的。
[0015]在文献中，例如在K.-P.齐默尔发表的题为“立体显微镜的光学设计”，国际光学设计会议1998、SPIE会议录，卷3482,690-697页，1998和US6816321A中对伸缩套管型立体显微镜进行了多种多样的描述。在英文中也将这种结构的立体显微镜称作“Common MainObjective Microscopes”(共用主物镜显微镜)。这种显微镜除了选用的附加模块外还包括主物镜，所述主物镜对被观察的物体无限地成像、用于改变放大倍数的两个设置在图像侧的平行的伸缩套管以及两个观察单元，所述观察单元分别包括一个套管系统、一个偏转系统和一个目镜，用于双眼观察或用于在电子立视摄像单元的探测单元上相应成像。伸缩套管可以是固定放大倍数的可交替变换的伽利略伸缩套管或作为无焦的变焦距系统。根据现有技术以设备的对称面为基准对称设置两个相同的伸缩管系统，其中对称面将物体对称分割成右半部和左半部。而且如下所述伸缩套管型的“非对称的”立体显微镜也是公知的。伸缩套管轴的间距决定在本申请中多次提及的立体基线。通过除以主物镜的焦距，得出作为相应显微镜的数字孔径的伸缩套管的入射光圈的半径。
[0016]由于伸缩套管型的立体显微镜中两个平行的伸缩套管的光学器件必须分别具有最小的直径，以便提供充分的数字孔径，所述数字孔径相互不能重叠，因此其光轴的最小间距和因此最小立体基线受限。如果不采取附加的结构措施，则可实现的最小立体基线与立体通道的直径相符。为了利用所述视频显微系统实现再现，并且为了避免在放大倍数大时产生非自然的效应，如上所述常常采用几毫米的立体基线。
[0017]在本申请中，概念“立体基线”表示两个光轴之间的间距，所述间距与立体显微镜的主物镜的物体侧的焦距决定一个角度，所述角度系指主物镜对物体的物点的视角。在对照图1描述的习用立体显微镜中，立体基线与两个配属给观察者双眼的立视通道的光轴之间的固定间距B相符。在采用本实用新型的立体聚束栅时，可对该立体基线进行可变调节，即加以改变。两个立体通道的光轴的间距本身相同。仅在立体聚束栅的物体侧这两个轴以偏移的相互间距，但平行地穿过主物镜。
[0018]在本申请中就“轴向”而言系指穿过主物镜的光学中心伸展的方向。即由主物镜决定轴向。在公知的立体显微镜中立视通道的光轴与该轴向平行。轴向也平行于平行的光束在公知的具有无焦光路的立体显微镜中在主物镜图像侧伸展的方向。在习用的立体显微镜中该轴向与垂线相符。“物体侧”和“图像侧”表述给出立体显微镜中的方向或位置。被观察的物体始终在主物镜前物体侧，在立体显微镜的光路中的其余的器件和有时的观察者位于图像侧。
[0019]如上所述，立体显微镜的“立视通道”例如分别包括伸缩套管-和/或变焦距系统和必要时的观察单元的部分。立视通道至少有两个并分别配属给观察者的一只眼睛或在以数字光学方式实施时配属给相应的采集机构(例如探测单元)。配属给观察者双眼或采集机构的两个立视通道通常结构相同，但如在DE102005040473B4中所述，也可以具有其有效直径不同的光学器件。如果是多人共同观察的立体显微镜，也可以设有多套这种立视通道。
[0020]实用新型的优点
[0021]本实用新型的立体显微镜具有带有第一光轴的第一立视通道、带有第二光轴的第二立视通道和决定轴向的共同的主物镜，所述主物镜设置在第一和第二立视通道的物体侦U。第一和第二光轴至少在第一和第二立视通道的物体侧的区段中以相互的第一间距平行于轴向。在第一和第二立视通道与主物镜之间设置有立体聚束栅，利用所述立体聚束栅可以将第一和第二光轴可变地并平行于轴向调节到决定立体显微镜的立体基线的第二间距上。
[0022]如上所述，所述光轴分别位于观察光路中，另外所述观察光路由立视通道决定。而且观察光路和立视通道至少在第一和第二立视通道的物体侧的区段内以由第一间距决定的距离平行于轴向伸展。采用本实用新型的立体聚束栅将第一和第二光轴可变地并平行于轴向调节到决定立体显微镜的立体基线的第二间距，通过该立体聚束栅也可以使观察光路调节到相应的可变的距离，所述距离由决定立体显微镜的立体基线的第二间距加以确定。
[0023]立体聚束栅的特征在于，立体聚束栅在第一立视通道前物体侧具有一部分透明的第一反射面并在第二立视通道前物体侧具有第二反射面，其中部分透明的第一反射面和第二反射面相互平行并倾斜于轴向设置。采用此方式第一光束的分光沿第一光轴(和随之也包括在第一观察光路中的光线)穿透部分透明的第一反射面并无偏转地透射立体聚束栅。而沿第二光轴(即第二观察光路)的第二光束的分光在部分透明的第一反射面和在第二反射面上被偏转并以平行的偏移从立体聚束栅内出射。