KR20200067868A - 단일 물체에 대한 입체 현미경 - Google Patents

단일 물체에 대한 입체 현미경 Download PDF

Info

Publication number
KR20200067868A
KR20200067868A KR1020207013330A KR20207013330A KR20200067868A KR 20200067868 A KR20200067868 A KR 20200067868A KR 1020207013330 A KR1020207013330 A KR 1020207013330A KR 20207013330 A KR20207013330 A KR 20207013330A KR 20200067868 A KR20200067868 A KR 20200067868A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
image
aperture
microscope
assembly
stop structure
Prior art date
Application number
KR1020207013330A
Other languages
English (en)
Inventor
그레이엄 피터 프란시스 머서
Original Assignee
비존 엔지니어링 리미티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 비존 엔지니어링 리미티드 filed Critical 비존 엔지니어링 리미티드
Publication of KR20200067868A publication Critical patent/KR20200067868A/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00—Microscopes
    • G02B21/18—Arrangements with more than one light path, e.g. for comparing two specimens
    • G02B21/20—Binocular arrangements
    • G02B21/22—Stereoscopic arrangements
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00—Microscopes
    • G02B21/36—Microscopes arranged for photographic purposes or projection purposes or digital imaging or video purposes including associated control and data processing arrangements
    • G02B21/361—Optical details, e.g. image relay to the camera or image sensor
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00—Microscopes
    • G02B21/36—Microscopes arranged for photographic purposes or projection purposes or digital imaging or video purposes including associated control and data processing arrangements
    • G02B21/365—Control or image processing arrangements for digital or video microscopes
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00—Microscopes
    • G02B21/36—Microscopes arranged for photographic purposes or projection purposes or digital imaging or video purposes including associated control and data processing arrangements
    • G02B21/368—Microscopes arranged for photographic purposes or projection purposes or digital imaging or video purposes including associated control and data processing arrangements details of associated display arrangements, e.g. mounting of LCD monitor
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B30/00—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images
    • G02B30/20—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images by providing first and second parallax images to an observer's left and right eyes
    • G02B30/34—Stereoscopes providing a stereoscopic pair of separated images corresponding to parallactically displaced views of the same object, e.g. 3D slide viewers
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T5/00—Image enhancement or restoration
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N13/00—Stereoscopic video systems; Multi-view video systems; Details thereof
    • H04N13/20—Image signal generators
    • H04N13/204—Image signal generators using stereoscopic image cameras
    • H04N13/239—Image signal generators using stereoscopic image cameras using two 2D image sensors having a relative position equal to or related to the interocular distance
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N13/00—Stereoscopic video systems; Multi-view video systems; Details thereof
    • H04N13/30—Image reproducers
    • H04N13/302—Image reproducers for viewing without the aid of special glasses, i.e. using autostereoscopic displays
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/50—Constructional details
    • H04N23/54—Mounting of pick-up tubes, electronic image sensors, deviation or focusing coils
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T2207/00—Indexing scheme for image analysis or image enhancement
    • G06T2207/10—Image acquisition modality
    • G06T2207/10056—Microscopic image

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Microscoopes, Condenser (AREA)
  • Testing, Inspecting, Measuring Of Stereoscopic Televisions And Televisions (AREA)
  • Eye Examination Apparatus (AREA)
  • Studio Devices (AREA)
  • Stereoscopic And Panoramic Photography (AREA)

Abstract

조리개를 포함하는 대물 조립체를 구비한 현미경에 사용하는 조립체이다. 조립체는 렌즈와 빔스플리터를 구비한다. 렌즈와 빔스플리터는 2개의 광로 각각 상에 각각의 조리개 이미지를 형성하도록 구성된다. 조립체는, 각각의 광로 상에, 스탑 구조를 더 포함한다. 각각의 스탑 구조는 각각의 조리개 이미지의 평면 상에 위치되어, 사출동을 제골하기 위해 각각의 조리개 이미지의 일부분을 막고, 현미경을 통해 보여지는 물체의 입체 이미지가 각각의 사출동을 통해 보여지는 물체의 이미지의 조합에 의해 생성가능하다. 조립체는 2개의 이미지 센서들과 디지털 이미지 프로세서를 더 구비한다. 각각의 이미지 센서는 각각의 사출동을 통해 보여지는 이미지를 캡춰하고 디지털 이미지를 출력하도록 구성된다. 디지털 이미지 프로세서는 각각의 이미지 센서에 의해 출력되는 각각의 디지털 이미지에 보정을 적용하고, 보정은 각각의 스탑 구조의 위치에 기초한다.

Description

단일 물체에 대한 입체 현미경
본 발명은 입체 현미경에 대한 것이다. 구체적으로는, 본 발명은 현미경 조립체, 그 조립체를 포함하는 입체 현미경, 및 그 조립체로 현미경을 개량하는 방법에 관한 것이다.
배경기술과 본 발명의 설명을 돕기 위하여, 몇가지 항목들이 다음과 같이 정의된다:
"평면(mono)" - 관찰자에게 "평탄"하거나 2D로 나타나는 (이미지), 또는 평면 이미지를 생성하는 (장치);
"입체(stereo)" - 관찰자에게 깊이를 가지거나 3D로 나타나는 (이미지), 또는 입체 이미지를 생성하는 (장치);
단안(monocular) - 한 쪽 눈으로 보여지는 것;
쌍안(binocular) - 두 쪽 눈 모두로 보여지는 것.
도 1은 전형적인 단안 평면 복합 현미경이다(축척이 맞지 않음 - 편의상 길이가 축소되었음). 현미경은 구경 조리개(aperture stop)(102)를 구비한 대물 조립체(101)(일반적으로 여러 복잡한 렌즈들로 이루어진 복합 렌즈임)를 포함한다. 대물 조립체(101)는 무한원점(infinity)에서 물체(111)의 이미지를 생성하도록 구성된다. 튜브 렌즈(103)는 대물 조립체(101)로부터의 빛을 집광하여 현미경 내에 중간 이미지(112)를 생성한다. 접안렌즈(104)는 중간 이미지(112)를 확대하여, 더 큰 가상 이미지를 생성한다. 이 가성 이미지는 사출동(射出瞳, exit pupil)(113)을 통해 보여지는데, 구경 조리개(102)의 축소된 이미지이다.
간단한 쌍안 입체 현미경은 실질적으로 도 1의 현미경 2개를 각각에 대하여 나란히 각도지게 놓아 입체에 필요한 시차(parallax)를 제공하도록 배치함으로서 제공될 수 있다. 그러나, 대물 조립체(101)가 덩치가 크기 때문에, 현미경의 작동 거리(즉, 대물 조립체(101)와 물체(111) 사이의 거리)가 길어서 대물 조립체(101)가 나란히 배치될 수 있도록 충분한 공간이 있어야만 한다. 현미경의 해상도는 조리개와 피사체 심도(depth of field)와 반비례로 연관되어 있으므로, 이 구조의 입체 현미경으로는 단안 평면 현미경처럼 유용한 배율을 제공할 수 없다.
도 2는 쌍안 평면 현미경 - 즉, 두 눈으로 볼 수 있는 평면 이미지를 생성하는 현미경 - 을 도시한 것이다. 대물 조립체(201), 조리개(202), 튜브 렌즈(203)는 단안 평면 현미경의 그것들과 동일하다. 빔스플리터(beamsplitter)(221)가 현미경 튜브 내에 제공되어, 빛을 2개의 경로로 분할한다. 각각의 경로는 접안렌즈(204)와 거울들(222)을 포함하며, 빛을 관찰자에게 보내고 각 경로의 길이가 동일하도록 배치된다. 별개의 중간 이미지(212)가 각 경로 상에 생성되며, 각각의 경로는 그들 자신의 고유한 사출동(214)을 가지며 - 관찰자가 이미지를 보기 위하여 각 사출동에 눈을 위치시킬 수 있도록 위치된다.
쌍안 평면 현미경의 사용 경험은 사진을 보는 것과 같다 - 관찰자는 두 눈으로 이미지를 볼 수 있지만, 시차가 없고 따라서 깊이 정보가 없으며 이미지의 특징을 판단하기가 어렵다. 그렇게, 쌍안 평면 시스템은 사용자에게 더 편리할 수 있지만, 깊이 인지에 관한 입체 시스템의 장점을 가져오지는 못한다. 그러나, 오직 단일 대물 조립체 만이 사용되기 때문에, 조리개 및 배율이 입체 현미경에서와 같이 제한되지 않는다.
본 발명은 현미경 조립체, 그 조립체를 포함하는 입체 현미경, 및 그 조립체로 현미경을 개량하는 방법을 제공하는 것을 목표로 한다.
발명의 첫번째 측면에 따르면, 조리개를 포함하는 대물 조립체를 구비한 현미경에 사용하는 조립체가 제공된다. 상기 조립체는 렌즈와 빔스플리터를 포함한다. 상기 렌즈와 상기 빔스플리터는 2개의 광학 경로들에 대하여 각각의 광학 경로 상에 조리개 이미지를 형성하도록 구성된다. 상기 조립체는, 각각의 광학 경로 상에, 스탑 구조를 더 포함한다. 각각의 스탑 구조는 각각의 조리개 이미지의 평면 상에 위치되어, 사출동을 제공하기 위하여 각각의 조리개 이미지의 일부분을 차단하고, 현미경을 통해 보여지는 물체의 입체 이미지가 각각의 사출동을 통해 보여지는 물체의 이미지들의 조합에 의해 생성가능하다. 상기 조립체는 2개의 이미지 센서들과 디지털 이미지 프로세서를 더 포함한다. 각각의 이미지 센서는 각각의 사출동을 통해 보여지는 이미지를 캡춰하고 디지털 이미지를 출력하도록 구성된다. 디지털 이미지 센서는 각각의 이미지 센서들에 의해 출력되는 각각의 디지털 이미지에 보정을 적용하도록 구성되고, 상기 보정은 각각의 스탑 구조의 위치에 기초한다.
발명의 추가적인 측면에 따르면, 조리개를 구비한 대물 조립체 및 상기 첫번째 측면에 의한 조립체를 포함하는 입체 현미경이 제공된다.
발명의 또다른 측면에 따르면, 현미경을 개조하는 방법이 제공된다. 그 방법은 상기 현미경의 접안렌즈를 제거하는 단계; 및 첫번째 측면에 의한 조립체를 배치하여 상기 렌즈가 접안렌즈가 제거된 위치에 있도록 하는 단계를 포함한다.
추가적인 실시예들은 청구항 제2항 이하를 참조한다.
본 발명에 의하면 현미경 조립체, 그 조립체를 포함하는 입체 현미경, 및 그 조립체로 현미경을 개량하는 방법이 제공된다.
도 1은 단안 평면 현미경을 개념적으로 도시한 것이다.
도 2는 쌍안 평면 현미경을 개념적으로 도시한 것이다.
도 3a는 분할 조리개를 구비한 입체 현미경을 개념적으로 도시한 것이다.
도 3b는 도 3a의 분할 조리개의 전방면을 개념적으로 도시한 것이다.
도 4a 및 4b는 도 3의 현미경의 대물 조립체와 조리개를 통한 광선 경로들을 보여주는 것이다.
도 5는 입체 현미경을 개념적으로 도시한 것이다; 도 6a 내지 6c는 도 5의 현미경의 스탑 구조(stop structure)의 여러가지 가능성을 보여주는 것이다.
도 7a 내지 7c는 도 5의 현미경의 상이한 스탑 구조 위치들의 효과를 도시한 것이다.
도 8은 이동가능한 스탑 구조를 개념적으로 도시한 것이다.
도 9는 입체 뷰잉 장치를 개념적으로 도시한 것이다.
도 10은 현미경 시스템을 개념적으로 도시한 것이다.
입체 이미지를 제공하기 위하여, 현미경은 반드시 각 눈에 (보통의 입체 시야를 모방하기 위한 각도로) 다른 전망(perspectivie)에서 보여지는 이미지를 제공하여야 한다. 이전 설계에서, 이것은 개별적인 대물 조립체를 제공함으로써 이루어졌는데, 대물 조립체는 각각이 개별적인 이미지를 제공하고, 사용자의 각각의 눈 하나당 하나씩이었다. 이것은 평면 현미경과 비교하여 입체 현미경의 배율이 작아지는 결과를 낳았다. 상이한 전망을 제공하는 대안적인 수단이 도 3a에 도시되어 있다. 대물 조립체(301)는 도 3b에 도시된 구경 조리개(302)를 포함한다. 구경 조리개(302)는 2개의 개별적인 조리개(311, 312)로 나뉜다. 각 조리개(311, 312)로부터의 빛은 별개의 광학계(303)를 통해 접안렌즈(도시되지 않음)로 라우팅된다.
도 4a와 4b는 각각의 조리개(311, 312)를 통과하는 빔 경로를 보여준다. 보여지는 바와 같이, 각 조리개의 전망이 상이하다 - 이것은 각 조리개로부터 얻어지는 이미지들이 관찰자의 다른 눈으로 들어가서 입체 이미지로 인지된다는 것을 의미한다.
그러나, 분할된 조리개를 제공하는 것은 몇가지 문제를 발생시킨다. 우선, 조리개 자체가 작고 일반적으로 대물 조립체 내에 내장되어 있어서, 그러한 조리개를 생산하는데 필요한 제조과정이 복잡하다. 둘째로, 조리개(311, 312)는 각각 단일 조리개(102) 보다 작다. 이것은 현미경의 해상도가 단일 조리개에 의해 얻어지는 것보다 낮고(비록 획득가능한 해상도가 2개의 대물 조립체를 가진 입체 현미경보다 여전히 크기는 하지만), 뿐만 아니라 단일 조리개에 비해 이미지가 어둡고 왜곡된 결과를 낳게 된다. 이것은 또한 사출동이 단일 조리개인 경우보다 작은 결과를 낳는데, 그러한 현미경은 실제 사용하기에 부적합하다(이미지를 놓치는 것을 피하기 위하여 관찰자가 그들의 머리를 극도로 움직이지 말아야 하며 눈의 광학적 성능은 홍채의 조리개가 완전히 채워지지 않았을 때 감소되기 때문이다).
도 5는 분할된 조리개들을 제공하도록 구성된 현미경의 개략적 다이어그램이다. 현미경은 물체(530)의 이미지를 제공하기 위해 배치된 (단일) 조리개(502), 튜브 렌즈(503)를 구비한 대물 조립체(501)를 포함한다. 현미경은 또한 중간 렌즈(504), 빔스플리터(505), 거울들(506)을 포함한다. 렌즈(504), 빔스플리터(505) 및 거울들(506)은 함께 2개의 광학 경로(521a, 521b) 각각 상에서 조리개(502)의 각각의 이미지(512a, 512b)를 형성한다(이하에서는 '조리개 이미지(aperture image)'로 지칭된다). 각각의 스탑 구조(507a, 507b)가 각각의 조리개 이미지(512a, 512b)의 평면에 제공되어, 각 스탑 구조(507a, 507b)가 각각의 조리개 이미지의 다른 부분을 막아, 사출동(513a, 513b)을 형성한다. 접안 렌즈(508a, 508b)와 이미지 센서(509a, 509b)는 이미지 센서들이 물체(520)의 실상을 각각의 사출동(513a, 513b)를 통해 캡춰하도록 위치된다. 실제로, 사출동(513a, 513b) 너머 물체의 실상(531a, 531b)을 생성하기 위해 조리개 이미지들 너머로 추가적인 광학계가 필요할 것이고(도시되지 않음), 그 후 접안렌즈(508a, 508b)를 통해 보여진다. 스탑 구조(507a, 507b)는 이미지 센서들(509a, 509b)에 의해 캡춰된 각각의 이미지들이 입체 뷰어 상에 물체의 입체 이미지로 디스플레이되도록 위치되는데, 즉 각각의 스탑 구조의 위치 때문에 하나의 이미지 센서는 좌안 시야를 제공하고 다른 이미지 센서는 우안 시야를 제공한다.
조리개 이미지(512a, 512b)는 조리개 그 자체보다 크고, 각각의 스탑 구조는 하나의 전망만을 제공하면 된다. 그러므로, 스탑 구조들은 도 4에 도시된 분할 조리개보다 훨씬 쉽게 제조될 수 있으며, 입체 이미지를 제공하는데 동일한 효과를 가진다.
스탑 구조(507a, 507b)는 임의의 적절한 모양일 수 있다. 몇몇 가능성이 도 6a 내지 6c에 도시된다. 예컨대, 스탑 구조(507a, 507b)는 사출동(61)을 형성하거나 또는 평평한(62) 또는 구부러진(63) 에지를 가진 조리개 이미지(512a, 512b)의 한 쪽만을 차단하는 "커튼"일 수 있는 조리개를 가질 수 있다. 완전한, 순수 입체 이미지를 제공하기 위하여, 스탑 구조들(507a, 507b)은 각각의 눈에 대한 사출동이 다른 사출동에 있지 않은 조리개 부분에 대응하도록 위치되어야만 한다. 사출동이 약간 오버랩할 때에는(즉, 각각이 다른 사출동에 있는 조리개의 일부분, 그리고 다른 사출동에 없는 부분을 포함할 때) 덜 명확한 입체 효과가 생성된다. 사출동이 완전히 오버랩하면, 그 결과는 쌍안 평면 이미지이다.
도 7a, 7b 및 7c는 "커튼(curtain)"-스타일 스탑 구조들에서 상이한 스탑 구조 위치들에 따른 효과를 도시한 것이다. 동일한 원리가 다른 형상의 스탑 구조들에도 적용된다. 각 도면의 상단부에는 조리개 이미지들과 스탑 구조들이 보여지며, 중간 부분에는 결과적인 사출동(차이가 보이도록 오버레이됨)을 보여주고, 하단부에는 입체성의 정도를 (2D 매체에서 표현될 수 있는 만큼) 표현하는 것을 보여준다. 도 7a에 보여지듯이, 조리개 이미지(512a, 512b)를 막는 스탑 구조(507a, 507b)가 없는 경우에, 각각의 눈에 대한 사출동(513a, 513b)은 쌍안 평면 이미지(71) 결과에 정확히 대응된다. 이것은 또한 사출동들이 정확하게 대응되도록 위치된, 대칭적인 조리개를 포함하는 스탑 구조에 대해서도 일어날 수 있다. 도 7c에 보이는 것처럼, 각각의 스탑 구조(507a, 507b)는 각각의 조리개 이미지(512a, 512b)를 막아서 사출동(513a, 513b)이 조리개의 완전히 분리된 영역들이며, 완전한 입체 이미지(73)가 얻어진다. 도 7b에 보이는 것처럼, 각각의 스탑 구조(507a, 507b)는 각각의 조리개 이미지(512a, 512b)의 분리된 부분을 막아서 사출동(513a, 513b)이 조리개의 오버랩핑하는 영역들이지만 각 사출동의 영역에는 다른 사출동의 영역에 대응하지 않는 부분이 있고, 덜 명확한 입체 이미지(72)가 얻어진다.
이미지의 해상도는 조리개(502)에 의해 형성된 유효 조리개(effective aperture)와 스탑 구조(507a, 507b)의 치수에 따라 달라지고(즉, 조리개(502)에 위치될 경우, 사출동(513a, 513b)를 형성하게 되는 조리개), 유효 조리개가 작을수록 해상도가 낮아진다(그러나 정확한 값은 유효 조리개의 형상에 따라 달라진다). 그렇게, 스탑 구조(507a, 507b)의 위치는 해상도와 입체 효과 사이의 균형을 잡게 된다.
생성된 입체 이미지의 스탑 구조의 다른 효과는 이미지의 디스플레이 전에 보상될 수 있다. 도 10은 현미경(1001)을 개념적으로 도시한 것이다. 현미경(1001)은 전술한 스탑 구조(1011)와 이미지 센서(1012)를 포함한다. 추가적으로, 현미경은 이미지 센서(1012)의 출력(1021)과 스탑 구조 제어의 출력(1023)을 취하는 디지털 이미지 프로세서(1013)를 포함하며, 스탑 구조(1011)의 조절로부터 얻어지는 이미지의 원치 않는 변화를 보상하기 위해 그것을 조절하고, 그 조절은 스탑 구조의 형상과 위치(1023)의 기초 하에 수행된다. 디지털 이미지 프로세서는 그 후 보정된 이미지를 현미경으로부터 (예컨대 입체 디스플레이로) 출력(1022)으로서 제공한다.
예컨대, 이미지의 강도(intensity)는 스탑 구조들(1011)의 위치에 의하여 변화한다. 이것은 차단되는 조리개(502)의 면적의 양이 다르고, 조리개(502)를 가로지르는 강도가 변화하기 때문에(이것은 동일한 양의 조리개 영역을 항상 차단하는 도 6a와 같은 스탑 구조에서조차 강도 변화가 있음을 의미함) 일어난다. 강도는 스탑 구조들의 위치와 형상 모두에 따라 달라진다.
조리개(502)는 강도 프로파일을 가지는데, 조리개 상의 각 지점들이 최종 이미지의 강도에 얼마나 많이 기여하는지를 나타내는 함수이다. 스탑 구조들로 인한 강도의 감소는 각 스탑 구조에 의해 형성되는 유효 조리개에 대하여 이 강도 프로파일을 적분한 것을 전체 조리개(502)에 대하여 강도 프로파일을 적분한 것과 비교함으로서 판단될 수 있다. 디지털 이미지 프로세서는 그 후 각 이미지 센서의 출력의 밝기(brightness)를 조절하여 다른 스탑 구조 위치들 간에 사용자가 보기에 강도가 일정하게 보이도록 보장할 수 있다.
강도 변화는 또한 스탑 구조의 형상에 따라 달라질 것이다. 현미경에는 복수의 상이한 스탑 구조들의 세트들이 제공되어 사용될 스탑 구조들이 선택될 수 있다. 디지털 이미지 프로세서는 각각의 스탑 구조 세트에 대하여 스탑 구조 위치와 이미지 밝기 조절 사이에 다른 관계를 적용하도록 구성되어야 한다. 스탑 구조들의 세트는 사용자에 의해 디지털 이미지 프로세서의 소프트웨어에서 식별되거나, 또는 현미경에 스탑 구조들이 설치되었을 때 자동 인식이 될 수 있다(예컨대 현미경 상의 센서들과 인터페이스하는 스탑 구조들 상의 광학 또는 전자 식별자들을 제공함으로써, 또는 다른 적절한 수단들에 의해). 현미경이 단일 유형의 스탑 구조와만 작동하도록 의도된 경우, 디지털 이미지 프로세서는 스탑 구조 위치 및 이미지 밝기 사이에 단일한 관계만을 요구한다.
유사하게, 조리개(502)의 다른 영역들을 막는 것은 (렌즈 수차 및 다른 광학 효과들 때문에) 이미지의 왜곡(distorsion)에 영향을 줄 것이다. 이 왜곡도 스탑 구조 형상과 위치에 따라 사용되는 변형 파라미터들과 함께 디지털 이미지 프로세서에 의해 보정될 수 있다.
스탑 구조 위치(및 만약 복수의 스탑 구조들의 세트가 사용될 수 있다면, 형상)와 요구되는 디지털 이미지 프로세싱 사이의 관계는 예컨대, 디지털 이미지 프로세서에 프로그램된 룩업 테이블(lookup table)로 미리 구성되거나, 또는 알려진 매개변수들로부터 즉석에서 계산될 수 있다. 룩업 테이블이나 미리 정해진 함수는 예컨대 스탑 구조 위치들에 대한 광도, 이미지 왜곡, 또는 다른 성질들을 측정하고 이 테이터를 사용하여 (적절한 내삽(interpolation)과 함께) 룩업 테이블을 계산하는 캘리브레이션 단계를 통해 얻어질 수 있다.
스탑 구조는 사용자로 하여금 평면으로부터 입체 시야로 전환하고, 입체성의 정도를 제어하도록 조절될 수 있다. 이것을 달성하는 셋업이 도 8에 보여진다. 각각의 스탑 구조는 이동가능한 커튼(801)을 포함하며, 이것은 제어가능한 방식으로 광학 경로 상에 도입되어 조리개 이미지(512a, 512b)를 가변하는 양만큼 막을 수 있다. 다른 이미지에 대한 광학 경로는 동일한 시스템을 구비하며, 커튼들은 결합되어 각각이 각각의 조리개 이미지(512a, 512b)의 동일한 부분을 막게 된다. 이동가능한 커튼(801)은 각각이 조리개 이미지의 아무런 부분도 막지 않는 위치로부터(쌍안 평면 이미지가 됨) 사출동이 조리개 이미지(512a, 512b)의 오버래핑하지 않는 부분인 위치들로(순수한 입체 이미지가 됨) 조절될 수 있다. 이동가능한 커튼들(801)은 각각이 각각의 이미지의 반대편 상에서, 각각의 조리개 이미지(512a, 512b)의 동일한 크기의 부분을 차단하도록 움직이도록 구성된다.
도 8의 셋업은 관찰자에게 의해 보여지는 이미지에 대한 간섭 없이, 현미경의 입체와 쌍안 평면 모드 사이의 연속적이고 점진적인 전환을 가능케 한다. 놀랍게도 입체 이미지로부터 고해상도의 평면 이미지로 부드럽게 전환하는 이 장치를 사용할 때, 그러한 전환이 없이 평면 이미지가 보여졌더라면 표현되지 않았을 평면 이미지의 깊이 감각을 사용자가 경험한다는 것이 밝혀졌다. 이것은 상기한 시스템이 평면 이미지의 고해상도를 가지면서도, 입체 이미지로 유지되는 장점을 많이 허용함을 의미한다.
위 설명으로부터, 대물 조립체(501)로부터의 렌즈(504)까지 그러나 렌즈(504)는 포함하지 않는 단일 물체 입체 현미경은 대물 조립체(101)로부터 접안렌즈(104)까지 그러나 접안렌즈(104)는 포함하지 않는 종래의 단안 현미경의 그것과 동일함이 주목될 것이다. 상업적으로 이용가능한 많은 현미경들의 헤드와 접안렌즈 조립체는 제거가능하며, 따라서 기존의 평면 현미경(단안 또는 쌍안)을 렌즈(504), 빔스플리터(505), 미러(506) 및 스탑 구조들(507a, 507b)을 포함하는 시스템으로 개조하는 것이 가능하며, 이 시스템은 평면 현미경의 헤드 및 접안렌즈 조립체의 자리에 부착하도록 구성되어 렌즈(504)가 현미경의 광로 상에 있도록 - 즉 물체로부터의 빛이 현미경을 통해 취하는 경로 상에 있도록 구성된다. 원래의 평면 현미경은 시야 만곡(field curvature), 색수차(chromatic aberration) 기타 접안렌즈를 사용하는 광학 보정을 적용하거나 적용하지 않을 수 있다 - 이 보정들이 적용되는 현미경들을 개조하는 시스템들에는, 렌즈(504) 및/또는 접안렌즈(508a, 508b)가 동일한 보정을 적용하도록 구성될 수 있다.
이미지 센서들은 CCD나 다른 이미지 센서들일 수 있다. 이미지 센서들을 사용하는 추가적인 장점은, 그들을 보기 위해 관찰자가 좌안 및 우안을 정확하게 정렬하도록 사출동이 배치될 필요가 없다는 것인데, 현미경의 단순화된 구조를 가능케 한다.
입체 디스플레이의 한가지 예제는 GB 2524609에 기술되어 있으며, 도 9에 보여진다. 디스플레이는 2개의 프로젝터(20a, 20b)를 포함하며, 좌안과 우안의 이미지를 각각 디스플레이하고 있다. 각각의 프로젝터는 거울(35) 상에 좌안과 우안 각각의 초점화된 이미지를 제공하기 위한 디스플레이(21)와 (하나 또는 그 이상의 렌즈(29) 및/또는 거울(31)을 포함하는) 광학계 배치(25)를 포함한다. 거울(35)은 관찰자에 의해 보여지는 뷰잉 평면(viewing plane, VP) 상에 프로젝터들의 사출동들을, 선택적으로는 뷰잉 렌즈(viewing lens)(37)를 통해 반사한다. 거울(35)과 뷰잉 렌즈(37) 이외의 광학 부품들은 깨끗한 관측 경험을 제공하기 위해 관찰자의 시야 상의 직선에서 벗어나 배치될 수 있다.
입체 디스플레이의 다른 예시들은 "가상 현실" 헤드셋, 액티브 안경(active glass)를 가진 3D 디스플레이(즉, TV의 주사율과 동기화된 안경으로서, 각각의 눈을 교번하는 프레임들로 차단함), 그리고 패시브 안경을 가진 3D 디스플레이(예컨대 좌안 이미지와 우안 이미지를 각각 다른 편광으로 표현하는 디스플레이이고, 각 눈에 대해 대응하는 편광 필터를 가진 안경과 함께 사용된다)를 포함한다.
사용자가 사출동을 통해 현미경을 직접 관찰하지 않고 입체 디스플레이와 연결된 이미지 센서를 사용하는 것의 장점은, 사용자에게 사용가능한 사출동의 크기가 현미경의 광학계에 의해 한정되지 않고 또한 스탑 구조(507a, 507b)에 의해 제한되지 않는다는 것이다. 큰 사출동은 더 편안한 관측 경험을 제공한다. 이것은, 사출동이 작은 경우에, 사용자가 입체 이미지를 보기 위하여 그들의 머리를 특정 위치에 유지하여야 한다는 사실 때문이다. 사출동이 특정한 크기보다 작은 경우에, 이것은 스탑 구조들이 사용되는 경우에 그럴 가능성이 높은데, 사용자는 이미지 전체를 보는 것에 어려움을 느끼고, 사출동이 눈의 동공(pupil)보다 작은 경우에는 사람의 눈이 잘 작동하지 않기 때문이다. 사실, 대부분의 기존 현미경에서 사용되는 광학 시스템들로는, 사출동은 이미 사용자의 눈의 입사 눈동자(entrance pupil) 보다 작으며, 이것은 해상도를 제한하고, 눈에 임의 불균일성(예컨대 눈의 부유물)이 사용자의 시야에 훨씬 더 큰 효과를 초래하게 만든다.
상기한 설명은 예시일 뿐이며, 본 발명의 원리를 유지하면서 변형이 가능함을 인식할 것이다. 또한 특정한 특징들은 별도로 명시된 것이 아닌 한 서로 간에 의존적이지 않다는 것을 인식할 것이다.

Claims (15)

  1. 조리개(aperture)를 포함하는 대물 조립체(objective assembly)를 구비한 현미경에서 사용되는 조립체로서, 상기 조립체는 렌즈(504)와 빔스플리터(beamsplitter)(505)를 포함하고;
    상기 렌즈(504)와 상기 빔스플리터(505)는, 2개의 광학 경로들에 대하여, 각각의 광학 경로 상에 조리개 이미지(aperture image)(512a, 512b)를 형성하도록 구성되고;
    상기 조립체는, 각각의 광학 경로 상에, 스탑 구조(stop structure)(507a, 507b)를 더 포함하고;
    각각의 스탑 구조는 각각의 조리개 이미지(512a, 512b)의 평면 상에 위치되어, 사출동(exit pupil)(513a, 513b)을 제공하기 위하여 각각의 조리개 이미지(512a, 512b)의 일부분을 차단하고, 현미경을 통해 보여지는 물체의 입체 이미지가 각각의 사출동(513a, 513b)을 통해 보여지는 물체의 이미지들의 조합에 의해 생성가능하고;
    상기 조립체는:
    2개의 이미지 센서들로서, 각각의 이미지 센서는 각각의 사출동을 통해 보여지는 이미지를 캡춰(capture)하고 디지털 이미지를 출력하도록 구성되는, 2개의 이미지 센서들;
    각각의 이미지 센서들에 의해 출력되는 각각의 디지털 이미지에 보정을 적용하도록 구성되고, 상기 보정은 각각의 스탑 구조의 위치에 기초하는, 디지털 이미지 프로세서;를 더 포함하는, 조립체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 보정은, 각각의 스탑 구조의 상기 위치에 기초한 비율에 의해 각각의 이미지의 밝기를 조절하는 것을 포함하는, 조립체.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 보정은, 상기 현미경 및/또는 조립체의 광학 구조에 의해 도입되는 왜곡(distortions)을 보정하기 위해 각각의 이미지에 공간 변환(spatial transformation)을 수행하는 것을 포함하고, 상기 공간 변환은 각각의 스탑 구조의 상기 위치에 따라 달라지는 적어도 하나의 매개변수를 갖는, 조립체.
  4. 앞선 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스탑 구조들은 스탑 구조들의 복수의 세트들 중의 하나의 세트이고, 상기 스탑 구조들의 세트들은 상기 조립체로 교체될 수 있고;
    상기 디지털 이미지 프로세서는 스탑 구조들의 세트가 존재하는 각각의 스탑 구조의 위치에 기초하여 상기 보정을 적용하도록 구성되는, 조립체.
  5. 앞선 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 스탑 구조는 원형 조리개를 포함하는, 조립체.
  6. 앞선 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 스탑 구조는 각각의 조리개 이미지의 한쪽을 차단하도록 구성되는 커튼(curtain)을 포함하는, 조립체.
  7. 제6항에 있어서,
    각각의 커튼은 상기 조리개를 차단하는 직선형 에지(stsraight edge)를 구비하는, 조립체.
  8. 앞선 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 스탑 구조는 상기 조리개 이미지가 차단되지 않는 위치로부터 사출동(513a, 513b)이 상기 조리개 이미지의 오버래핑하지 않는 부분들인 위치로 이동가능한, 조립체.
  9. 제8항에 있어서,
    각각의 스탑 구조는 연속적으로 이동가능한, 조립체.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    각각의 스탑 구조는 이동가능하여 이미지의 간섭 없이 상기 이미지 센서들에 의하여 캡춰되는 평면 및 입체 이미지 사이의 전환을 제공하는, 조립체.
  11. 앞선 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 이미지 센서들은 CCD인, 조립체.
  12. 앞선 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    사용자에게 보정된 디지털 이미지들을 입체 이미지로서 표현하도록 구성되는 입체 디스플레이를 더 포함하는, 조립체.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 입체 디스플레이는 2개의 프로젝터 및 거울을 포함하고, 각각의 프로젝터는 상기 거울 상에 각각의 이미지 센서에 의해 캡춰된 보정된 디지털 이미지의 초점이 맞춰진 이미지를 제공하도록 구성되고, 상기 거울은 프로젝터들의 사출동들을 관찰자의 뷰잉을 위한 뷰잉 평면(viewing plane)에 릴레이(relay)하도록 구성되는, 조립체.
  14. 입체 현미경으로서,
    조리개(502)를 구비한 대물 조립체(501); 및
    앞선 항들 중 어느 한 항에 의한 조립체;를 포함하는, 입체 현미경.
  15. 현미경을 개조하는 방법으로서, 상기 방법은:
    상기 현미경의 접안렌즈를 제거하는 단계;
    제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 의한 조립체를 배치하여 상기 렌즈(504)가 상기 현미경의 광로 상에 위치되도록 하는 단계;를 포함하는, 현미경을 개조하는 방법.
KR1020207013330A 2017-10-10 2018-10-05 단일 물체에 대한 입체 현미경 KR20200067868A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB1716603.4 2017-10-10
GB1716603.4A GB2567439A (en) 2017-10-10 2017-10-10 Stereo microscope with single objective
PCT/GB2018/052858 WO2019073209A1 (en) 2017-10-10 2018-10-05 STEREO MICROSCOPE WITH SINGLE OBJECTIVE

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20200067868A true KR20200067868A (ko) 2020-06-12

Family

ID=60326729

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020207013330A KR20200067868A (ko) 2017-10-10 2018-10-05 단일 물체에 대한 입체 현미경

Country Status (15)

Country Link
US (1) US11119300B2 (ko)
EP (1) EP3695264A1 (ko)
JP (1) JP2020537176A (ko)
KR (1) KR20200067868A (ko)
CN (1) CN111480104A (ko)
AU (1) AU2018347768A1 (ko)
BR (1) BR112020007017A2 (ko)
CA (1) CA3078772A1 (ko)
GB (1) GB2567439A (ko)
IL (1) IL273744A (ko)
MX (1) MX2020003724A (ko)
SG (1) SG11202003180UA (ko)
TW (2) TW201923412A (ko)
WO (2) WO2019073190A1 (ko)
ZA (1) ZA202002159B (ko)

Family Cites Families (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3879107A (en) * 1973-09-04 1975-04-22 Mcbain Instr Inc Microstereoscope
US3992112A (en) * 1975-09-29 1976-11-16 Corning Glass Works Attenuating image extender for multiple imaging system
GB2104243B (en) * 1981-08-17 1985-09-18 Nat Res Dev Variable stereomicroscope
JPH07218841A (ja) * 1993-12-07 1995-08-18 Nikon Corp 顕微鏡
US5649897A (en) * 1994-11-02 1997-07-22 Terumo Kabushiki Kaisha Endoscope apparatus for compensating for change in polarization state during image transmission
EP0715198A1 (en) * 1994-11-29 1996-06-05 Terumo Kabushiki Kaisha Microscope system
US6483948B1 (en) * 1994-12-23 2002-11-19 Leica Ag Microscope, in particular a stereomicroscope, and a method of superimposing two images
US5964696A (en) * 1996-10-24 1999-10-12 Smith & Nephew, Inc. Stereoscopic imaging by alternately blocking light
DE10027166B4 (de) * 1999-05-31 2007-03-08 Pentax Corp. Stereoskopmikroskop
AU6212900A (en) * 1999-07-16 2001-02-05 Sl3D, Inc. Single-lens stereoscopic light-valves and apparatuses
US6275335B1 (en) * 1999-07-16 2001-08-14 Sl3D, Inc. Single-lens 3D method, microscope, and video adapter
WO2002056092A1 (en) * 2001-01-12 2002-07-18 Sld3 Inc. Stereoscopic aperture valves
GB0121243D0 (en) * 2001-09-01 2001-10-24 Ward John S Stereoscopic microscope
JP2006113159A (ja) * 2004-10-13 2006-04-27 Konica Minolta Opto Inc 撮像光学系
DE102006036300B4 (de) * 2005-08-26 2007-11-29 Leica Microsystems (Schweiz) Ag Hochleistungs-Stereomikroskop
CN1937698A (zh) * 2006-10-19 2007-03-28 上海交通大学 图像畸变自动校正的图像处理方法
JP5438579B2 (ja) * 2010-03-29 2014-03-12 キヤノン株式会社 画像処理装置及びその制御方法
CN201780766U (zh) * 2010-08-05 2011-03-30 中航华东光电有限公司 数字式头盔显示器实时电子预畸变校正系统
EP2630543B1 (en) * 2010-10-18 2019-10-09 Reach3D Medical LLC. A STEREOSCOPIC OPTIC Adapter
GB2497092A (en) * 2011-11-29 2013-06-05 John Sharpe Ward Stereoscopic microscope with two separate adjustment means in the path of left and right sub-beams
CN202548430U (zh) * 2011-12-14 2012-11-21 广州博冠企业有限公司 立体成像光学组件及基于单物镜的数字三维立体显微系统
KR101656239B1 (ko) * 2012-04-27 2016-09-09 주식회사 고영테크놀러지 스테레오 현미경
JP2014087022A (ja) * 2012-10-26 2014-05-12 Canon Inc 撮像装置、撮像装置の制御方法、プログラム
CN103969789A (zh) * 2013-01-25 2014-08-06 北京威斯顿亚太光电仪器有限公司 超高像质硬管内窥镜光学系统
JP6120659B2 (ja) * 2013-04-24 2017-04-26 オリンパス株式会社 撮像装置、照明装置、及び顕微鏡装置
US10146039B2 (en) * 2013-07-04 2018-12-04 Leica Microsystems (Schweiz) Ag Image capture method for a microscope system, and corresponding microscope system
TWI513999B (zh) * 2013-08-30 2015-12-21 Univ Nat Yunlin Sci & Tech Stereoscopic microscope system
KR101476820B1 (ko) * 2014-04-07 2014-12-29 주식회사 썸텍 3ｄ 비디오 현미경 장치
GB201420352D0 (en) * 2014-11-17 2014-12-31 Vision Eng Stereoscopic viewing apparatus

Also Published As

Publication number Publication date
ZA202002159B (en) 2022-09-28
CN111480104A (zh) 2020-07-31
CA3078772A1 (en) 2019-04-18
GB2567439A (en) 2019-04-17
BR112020007017A2 (pt) 2020-10-20
TWI786205B (zh) 2022-12-11
RU2020114987A (ru) 2021-11-12
JP2020537176A (ja) 2020-12-17
AU2018347768A1 (en) 2020-05-14
US20200285035A1 (en) 2020-09-10
EP3695264A1 (en) 2020-08-19
GB201716603D0 (en) 2017-11-22
SG11202003180UA (en) 2020-05-28
TW201925846A (zh) 2019-07-01
IL273744A (en) 2020-05-31
WO2019073209A1 (en) 2019-04-18
TW201923412A (zh) 2019-06-16
WO2019073190A1 (en) 2019-04-18
MX2020003724A (es) 2020-07-22
US11119300B2 (en) 2021-09-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6061852B2 (ja) 映像表示装置および映像表示方法
JP6520119B2 (ja) 画像処理装置および画像処理方法
JP2013509804A (ja) 立体表示システム
Hamasaki et al. Varifocal occlusion for optical see-through head-mounted displays using a slide occlusion mask
US11240479B2 (en) Viewer-adjusted stereoscopic image display
RU2689971C2 (ru) Стереоскопическое визуализирующее устройство
JP2002223458A (ja) 立体映像作成装置
JP4508569B2 (ja) 双眼立体観察装置、電子画像実体顕微鏡、電子画像立体観察装置、電子画像観察装置
US20100259820A1 (en) Stereoscopic image display
TWI786205B (zh) 具有單物鏡的立體顯微鏡
RU2781475C2 (ru) Стереомикроскоп с одним объективом
JP2013024910A (ja) 観察用光学機器
WO2023181602A1 (ja) 表示装置および表示方法
KR102377499B1 (ko) 뷰어-조정식 입체 이미지 디스플레이
JP2012098449A (ja) 立体映像表示装置
JP2012075055A (ja) 立体画像表示装置
WO2018179018A1 (en) Method and device for viewing augmented reality images
JPH08152561A (ja) 対物レンズ、それと対をなす部材及びこれらを備えた立体視顕微鏡
CN107925754A (zh) 分光器，3d图像处理系统和3d图像可视化系统
JP2013011675A (ja) 観察用光学機器
WO2015183218A1 (en) A super multi-view image display system
JP2005165237A (ja) 立体画像を表示する方法および装置

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal