TWI513999B - Stereoscopic microscope system - Google Patents

Description

立體顯微鏡系統

本發明係有關一種顯微鏡，尤指一種立體顯微鏡系統。

為了加強顯微鏡的顯示技術，傳統的單眼顯微鏡更進一步的發展出雙眼的顯微鏡技術，其中美國專利第6313952號之「Adapter lens system for a greenough-type stereomicroscope」與美國專利第7777941號之「Greenough-type stereomicroscope」所揭露之「Greenough」技術的立體顯微技術，其係將傳統顯微鏡中的單物鏡以雙物鏡取代，且兩物鏡夾有10-17度以模擬人眼視覺所產生的立體感。其中，其主要架構是利用兩個目鏡和物鏡進行精確的組裝而形成兩個對稱式的光學系統。「Greenough」的立體顯微鏡的設計概念與一般複式顯微鏡相似，可以選擇高數值孔徑的物鏡，改變其放大率，但是此系統卻因兩物鏡在觀測物體時帶有傾斜的角度，導致從目鏡觀測的實驗結果圖會有梯形失真現象，且在組裝顯微鏡時雙物鏡的倍率將會被固定，因此放大率會有所限制。
另外，如PCT專利第WO1997031282號所揭露之「Confocal microscope」，係利用精密的掃描裝置獲得多個三維物體的二維平面影像，再將這些的二維影像結合起來之後即可重建出完整的3D影像，雖然可以利用多層二維影像訊息重建三維物體，但需要使用昂貴的掃描器，並非使用者的最佳選擇。
再者，如美國專利第6717739號之「Objective for stereomicroscopes of the telescope type」及美國專利第7605975號之「Stereomicroscope」中，所揭露之「Common Main Objective Stereomicroscope」技術，物體影像資訊透過單鏡頭後會分送至左右通道，將左右影像對傳達至雙眼，該技術解決了需要使用雙鏡頭的問題，但是在光路分為兩道光後面時，仍然需要兩組變焦透鏡設置於後，並且亦需要精準的對位，不僅設置複雜度無法有效降低，同樣也會造成成本的提高。
總結以上現今的三種立體顯微鏡技術，各有其缺點存在，實有改進之必要。

本發明之主要目的，在於解決立體顯微鏡之鏡組過於複雜造成成本無法降低的問題。
本發明之另一目的，在於解決立體顯微鏡之鏡組設置複雜造成影像失真的問題。
為達上述目的，本發明提供一種立體顯微鏡系統，其係用以取得一觀測物之立體影像並進行放大後，成像於一取像模組上，該取像模組包含有一第一取像元件以及一第二取像元件，該立體顯微鏡系統設置於該觀測物與該取像模組之間，並由該觀測物往該取像模組方向依序包含有一放大物鏡模組、一分光透鏡以及一聚光鏡模組。其中定義該放大物鏡模組之中心往該觀測物及該取像模組方向延伸為一中心軸，該觀測物係位於該中心軸上，該放大物鏡模組設置於取得該觀測物之一光影像並放大，於該放大物鏡模組遠離該觀測物的一側以一平行光輸出；該分光透鏡具有一接收該平行光的接收面，以及分別進行光線輸出的至少一第一出光面與至少一第二出光面，該至少一第一出光面與該至少一第二出光面以該中心軸對稱設置，並該至少一第一出光面及該至少一第二出光面分別與該中心軸之夾角皆小於90度，該分光透鏡接收該平行光之後，由該至少一第一出光面與該至少一第二出光面分別輸出一第一光線與一第二光線，該第一光線與該第二光線相互不平行；該聚光鏡模組之中心設於該中心軸上，該聚光鏡模組接收該第一光線與該第二光線並進行聚焦，使該第一光線及該第二光線分別聚焦於該第一取像元件及該第二取像元件。
由上述說明可知，本發明具有下列特點：
一、利用該分光透鏡以及該聚光鏡模組之配合，分別取得對應於左右眼的第一光線以及第二光線並進行聚焦，減少光學鏡組的設置，進而降低顯微鏡系統的製作成本。
二、鏡組結構簡單，減少光學對位的複雜度，亦有效的減少失真問題。

11‧‧‧觀測物
12‧‧‧取像模組
121‧‧‧第一取像元件
122‧‧‧第二取像元件
13‧‧‧中心軸
14‧‧‧平行光
20‧‧‧放大物鏡模組
30、30a‧‧‧分光透鏡
31‧‧‧接收面
32、32a‧‧‧第一出光面
33、33a‧‧‧第二出光面
40‧‧‧聚光鏡模組
51‧‧‧第一光線
52‧‧‧第二光線
61‧‧‧第一位移單元
62‧‧‧第二位移單元
63‧‧‧第三位移單元

圖1，為本發明之鏡組結構示意圖。
圖2，為本發明另一實施例之鏡組結構示意圖。
圖3，為本發明再一實施例之鏡組結構示意圖。

有關本發明之詳細說明及技術內容，現就配合圖示說明如下：
請參閱「圖1」所示，本發明係為一種立體顯微鏡系統，其係用以取得一觀測物11之立體影像並進行放大後，成像於一取像模組12上，該取像模組12包含有一第一取像元件121以及一第二取像元件122，該立體顯微鏡系統設置於該觀測物11與該取像模組12之間，並由該觀測物11往該取像模組12方向依序包含有一放大物鏡模組20、一分光透鏡30以及一聚光鏡模組40。其中定義該放大物鏡模組20之中心往該觀測物11及該取像模組12方向延伸為一中心軸13，該觀測物11係位於該中心軸13上，該放大物鏡模組20設置於取得該觀測物11之一光影像並放大，於該放大物鏡模組20遠離該觀測物11的一側以一平行光14輸出，於本實施例中，該放大物鏡模組20係為單一的無限遠透鏡，因而可為一凸透鏡，而放大物鏡模組20之中心是指光線穿過透鏡而不會發生偏折的位置，因此，先將該觀測物11設置於該放大物鏡模組20的焦距與兩倍焦距之間，而可將該觀測物11的影像以平行光14的方式進行輸出，並具有消像差的功能，且其放大倍率可為2X、4X至100X，需說明的是，本發明所指的放大物鏡模組20可指單個透鏡片或多個透鏡之組合，但所有鏡片之中心皆必須對應於該中心軸13之位置。
該分光透鏡30具有一接收該平行光14的接收面31，以及分別進行光線輸出的至少一第一出光面32與至少一第二出光面33，該至少一第一出光面32與該至少一第二出光面33以該中心軸13對稱設置，並該至少一第一出光面32及該至少一第二出光面33分別與該中心軸13之夾角皆小於90度，該分光透鏡30接收該平行光14之後，由該第一出光面32與該第二出光面33分別輸出一第一光線51與一第二光線52，該第一光線51與該第二光線52相互不平行。換句話說，該分光透鏡30係接收了對應於該觀測物11的平行光14，並透過該分光透鏡30而將該平行光14所分成之第一光線51及第二光線52，其分別對應於觀測物11的左邊影像以及右邊影像。舉例來說，該分光透鏡30係可為一稜鏡。
該聚光鏡模組40之中心設於該中心軸13上，該聚光鏡模組40接收該第一光線51與該第二光線52並進行聚焦，使該第一光線51及該第二光線52分別聚焦於該第一取像元件121及該第二取像元件122，該第一取像元件121及該第二取像元件122可直接代表進行觀測的眼睛，該第一取像元件121與該第二取像元件122亦可為攝影裝置如CCD影像擷取裝置，進而將所觀測的影像轉換為數位訊號而進行輸出。同樣需說明的，該聚光鏡模組40可指單個鏡片或多個透鏡之組合，但所有透鏡之中心皆必須對應於該中心軸13之位置。除此之外，於該第一取像元件121及該第二取像元件122之位置亦可再設置目鏡，以配合該放大物鏡模組20進行放大倍率的調整。
除了上述以三角稜鏡作為分光透鏡30的實施方式之外，亦可如「圖2」所示，其中該分光透鏡30a之該第一出光面32a與該第二出光面33a分別具有複數個，且該些第一出光面32a與該些第二出光面33a分別以該中心軸13往遠離該中心軸13方向進行週期性的排列，且該些第一出光面32a係相互平行，該些第二出光面33a亦相互平行，藉此形成如鋸尺狀的對稱結構，並且該些第一出光面32a與該些第二出光面33a亦以該中心軸13為中心對稱，於本實施例中，該些第一出光面32a與該些第二出光面33a之法線方向皆遠離該中心軸13。
請再配合參閱「圖3」所示，其中該放大物鏡模組20、該分光透鏡30以及該聚光鏡模組40分別連接有一第一位移單元61、一第二位移單元62及一第三位移單元63，而分別可控制該放大物鏡模組20與該觀測物11之間的距離、該分光透鏡30與該放大物鏡模組20之間的距離，以及該聚光鏡模組40與該分光透鏡30之間的距離。藉此達到聚焦的目的，並根據該放大物鏡模組20、該分光透鏡30以及該聚光鏡模組40進行個別置換後的放大倍率而調整不同的距離，以取得適當的焦距，進行清晰的檢視。
於本發明之一較佳實施例中，係設定該觀測物11至該放大物鏡模組20之距離為2.2cm，而該放大物鏡模組20至該分光透鏡30之距離為7.5cm，該分光透鏡30至該聚光鏡模組40之距離為2.7cm，該聚光鏡模組40至該取像模組12之距離為27.9cm。該放大物鏡模組20之焦距為1.9cm，放大倍率為10X；該分光透鏡30之第一出光面31及該第二出光面32分別與該接收面31之夾角為3度；該聚光鏡模組40為雙凸透鏡且其焦距為20cm。由上述之光學設置方式及規格，可藉由該取像模組12取得放大後的該觀測物11的立體影像。
綜上所述，本發明具有下列特點：
一、利用該分光透鏡以及該聚光鏡模組之配合，分別取得對應於左右眼的第一光線以及第二光線並進行聚焦，減少光學鏡組的設置，進而降低顯微鏡系統的製作成本。
二、鏡組結構簡單，減少光學對位的複雜度，亦有效的減少失真問題。
三、鏡組可進行替換而調整放大倍率，而配合該第一位移單元、該第二位移單元及該第三位移單元進行對應位置的調整，以取得適當的焦距，顯示清楚的影像。

 

11‧‧‧觀測物

12‧‧‧取像模組

121‧‧‧第一取像元件

122‧‧‧第二取像元件

13‧‧‧中心軸

14‧‧‧平行光

20‧‧‧放大物鏡模組

30‧‧‧分光透鏡

31‧‧‧接收面

32‧‧‧第一出光面

33‧‧‧第二出光面

40‧‧‧聚光鏡模組

51‧‧‧第一光線

52‧‧‧第二光線

Claims (7)

1. 一種立體顯微鏡系統，其係用以取得一觀測物之立體影像並進行放大後，成像於一取像模組上，該取像模組包含有一第一取像元件以及一第二取像元件，該立體顯微鏡系統係設置於該觀測物與該取像模組之間，並包含有：
   一放大物鏡模組，定義該放大物鏡模組之中心往該觀測物及該取像模組方向延伸為一中心軸，該觀測物係位於該中心軸上，該放大物鏡模組取得該觀測物之一光影像並放大，於該放大物鏡模組遠離該觀測物的一側以一平行光輸出；
   一設置於該放大物鏡模組與該取像模組之間的分光透鏡，該分光透鏡具有一接收該平行光的接收面，以及分別進行光線輸出的至少一第一出光面與至少一第二出光面，該至少一第一出光面與該至少一第二出光面以該中心軸對稱設置，並該至少一第一出光面及該至少一第二出光面分別與該中心軸之夾角皆小於90度，該分光透鏡接收該平行光之後，由該至少一第一出光面與該至少一第二出光面分別輸出一第一光線與一第二光線，該第一光線與該第二光線相互不平行；以及
   一設置於該分光透鏡與該取像模組之間的聚光鏡模組，該聚光鏡模組之中心設於該中心軸上，該聚光鏡模組接收該第一光線與該第二光線並進行聚焦，使該第一光線及該第二光線分別聚焦於該第一取像元件及該第二取像元件。
2. 如申請專利範圍第1項所述之立體顯微鏡系統，其中該分光透鏡之該第一出光面與該第二出光面分別具有複數個，且該些第一出光面與該些第二出光面分別以該中心軸往遠離該中心軸方向進行週期性的排列，且該些第一出光面係相互平行，該些第二出光面亦相互平行。
3. 如申請專利範圍第2項所述之立體顯微鏡系統，其中該些第一出光面與該些第二出光面之法線方向皆遠離該中心軸。
4. 如申請專利範圍第1項所述之立體顯微鏡系統，其中該第一出光面與該第二出光面之法線方向皆遠離該中心軸。
5. 如申請專利範圍第1項所述之立體顯微鏡系統，其中更具有一連接該放大物鏡模組的第一位移單元，其係控制該放大物鏡模組與該觀測物之間的距離。
6. 如申請專利範圍第1項所述之立體顯微鏡系統，其中更具有一連接該分光透鏡的第二位移單元，其係控制該分光透鏡與該放大物鏡模組之間的距離。
7. 如申請專利範圍第1項所述之立體顯微鏡系統，其中更具有一連接該聚光鏡模組的第三位移單元，其係控制該聚光鏡模組與該分光透鏡之間的距離。