CN102497817B - 可变色非相干对准线及十字准线发生器 - Google Patents

Abstract

一种对准装置包括非相干光源、第一凸透镜、镜棒和第二凸透镜。非相干光源发出被第一凸透镜接受的非相干光，第一凸透镜产生低发散光束。低发散光束被引导向镜棒，镜棒把光束反射到第二凸透镜，第二凸透镜把光束聚焦成会聚光束。

Description

可变色非相干对准线及十字准线发生器

技术领域

本应用针对一种用于从非相干光源产生可变色光束的装置。更具体地，本公开涉及从一个LED、多个LED或其它非相干光源产生对准线或十字准线，用于关于病人与造像和/或治疗设备间的对准的医疗领域和关于对准光束或平面的建造及安全领域。

背景技术

在医疗业，以及其它如建造和军事应用的多种产业中，经常使用诸如激光器的相干光源用于对准和/或确定目标的应用。

在这些应用中，经常使用激光光源作为光束发生器来产生足够亮度、窄度、和景深的光束。然而，通常诸如气体激光器的许多相干光发生器比诸如白炽灯的非相干光源大且贵。而且，气体激光光源在典型地更高的电压下要求更多的电力。这些限制在病人对准领域中刺激了从气体激光到二极管激光的较近期的转变。

虽然气体激光和二极管激光具有各种可见光波长，使用者将这些波长感知为各种颜色，但是激光光源是用以产生单一光波长的。在各种确定目标和对准的应用中，这是限制性的。光束所指向的人或物可能具有不同的光反射率或者吸收特性。因此，取决于光束所指向的对象或目标，对特定的光波长或者颜色的感知可以是较易或者较难的。

通常在对准或确定目标的应用中，由于十字准线在两个平面提供了对准的指示，十字或者十字准线光束优于光的点或光的线。当需要十字准线时，可能要求使用两个相干光源发生器。或者，要求一个复杂的分束的光学配置来沿两个光路引导光，仅为再次对准它们以形成十字准线。这些实施仅仅进一步地增加了对准或确定目标的装置的大小和费用。

发明内容

本公开涉及一种使用非相干光源的可变光束发生器。在此公开的光束发生器的一个实施例包括非相干光源和凸柱面透镜。凸柱面透镜把来自非相干光源的光投射成对准线。

在此公开的一个实施例中，光束发生器可以还包括在光束通过柱面透镜后放置在光束中的棱镜。可以放置并且控制棱镜以使光束分开并使光束的一部分相对于另一部分转动来产生十字准线。

在光束发生器的另一个实施例中，一个非相干光源向水平取向的柱面透镜提供光，另一个非相干光源向竖直取向的柱面透镜提供光，来分别形成水平的和竖直的光束。可以通过使用一个或多个镜子在一个取向上引导光束，以在对象上形成十字准线。

在公开的光束发生器的又一个实施例中，非相干光源包含具有多个不同颜色的非相干光源的阵列。可以作为一个整体地或者单独地控制阵列的光源以控制发生器产生的光束的颜色。

附图说明

图1是描绘了十字准线发生器的一个实施例的系统图示；

图2描绘了十字准线发生器的另一个实施例；

图3描绘了具有低深度侧形的十字准线发生器的一个实施例；

图4描绘了具有多色非相干线形光源的十字准线发生器的一个实施例；

图5是描绘了不同光波长在具有不同黑色素等级的人类皮肤上的反射率的图示。

具体实施方式

图1是在此公开的光束发生器的一个实施例的示意图。光束发生器10包括非相干光源12。非相干光源12可以包括一个或多个非相干光的光源，此光源可以包括要么白炽的、光纤的、要么LED的非相干光源。如果有多个非相干光源，在非相干光源12中排列单光源以形成可以是线形阵列的光源阵列。可以独立地控制多个光源的每一个，或者作为一个整体地控制多个光源，来进一步地操纵光源12产生的非相干光的强度。

为了便于对组合光源12的激发或强度和波长的这种控制，连接光源12到控制电路14，控制电路14依次地连接到电源16。控制电路14可以包括兼具硬件和软件控制的实施以履行控制功能。在一个实施例中，连接处理器到计算机可读介质，此介质存储了计算机可读代码，或者固件，通过处理器的执行，此程序或固件操作控制电路14的硬件以控制传送到光源12的电力以及光源12的单个元件的激发。控制电路14控制了光源12以可选择性地激发或者不激发光源12内的单光源。在另外的实施例中，控制电路14以脉冲宽度调制(PWM)的直流电流(DC)操作光源12，以使驱动光源12的电流的占空比可以被改变来控制光源12内的特定的光源的强度。

在此实施例中，光源12能够提供各种色彩和波长的非相干光。可以通过使用诸如多色(例如红-绿-蓝(RGB)或红-绿-蓝-黄褐(RGBA))或白色LED的单一光源实现它。或者，光源12可以包含单色光源的线形阵列。可以操作控制电路14来控制光源12的阵列的单光源以激发一个或多个色光源来获得在对准十字准线42中需要的光色和强度。如果使用一个或多个白色LED，可以通过控制电路14控制白光的强度，而通过使用透明的滤色片/轮(未图示)控制光色。

光源12通常产生非相干光的宽发散光束30。引导这些光束30穿过凸柱面透镜18。柱面透镜使来自光源12的非相干光准直以产生低发散度的光束32。可以从各种大小和长度上选择柱面透镜18以适当地匹配光源12的大小和来自光源12的光的散布。这使得柱面透镜18尽可能多地接受以及准直来自光源12的光。柱面透镜18可以是平凸柱面透镜或双凸柱面透镜。并非意图为限制，柱面透镜18优选地是整个的柱面透镜。如果光源12是包含不同颜色的光源的阵列，柱面透镜18将帮助把来自每个光源的发散光束30组合成颜色充分均匀的光束32。

来自柱面透镜18的光束32被引导向柱面镜棒20。镜棒20是凸柱面反射的反射棒。当光束32从柱面镜棒20反射出来，光束34急剧地发散并弱化光源12的像。

放置柱面透镜18以在光束32和从镜棒20反射出来的光束34之间形成角θ。对光束32和光束34之间的角θ的控制影响了反射光束34的最后性质。优选地，角θ是锐角。角θ越尖锐，光束32的越多的强度被反射到光束34。增大角θ导致光束34的减少的强度和更大的弱化效应，这导致了形成较淡的对准线。

光束34从柱面镜棒20反射出来并被引导向凸柱面透镜22。柱面透镜22可以是平凸柱面透镜或双凸柱面透镜。柱面透镜22使从柱面镜棒20反射出来的发散光束34聚焦，并使此光形成慢会聚光束36。来自柱面透镜22的慢会聚光束36被引导向棱镜26。来自柱面透镜22的一半光绕过棱镜26，以原取向上形成了第一平面。穿过棱镜26的另一半光被旋转，以转动的取向形成光的第二平面40。这样，棱镜把来自柱面透镜22的光的光束36分开以形成两个相交的光平面。

为了形成两个等长、交叉的光平面，必须把棱镜26沐浴在光中以使等量的光强度被引导穿过棱镜26及绕过棱镜26。在一个实施例中，柱面透镜22可以在部分的柱面透镜22上包括一个或多个不透光涂层(未图示)以使从柱面透镜22发出的光束成形，并防止不需要的光折射。然而，需要指出把透镜22的光阑闭合为过窄的缝隙以使穿过棱镜26和绕过棱镜26的光强度不平衡，会使十字准线的一条线的长度相对于另一条大大地缩短。

棱镜26，它在一个实施例中是直角或道威棱镜，被放在从柱面透镜22发出的光束36的路径中。放置棱镜26以使棱镜的90°顶点和它的底边(典型地是它的长轴)处于光轴的中心上，一个45°面朝向光线的上游方向，另一个45°面朝向光线的下游方向。当以这种方式放置的时候，围绕光轴旋转直角道威棱镜45°会引起照在棱镜26上的光束部分围绕光轴旋转90°。这样，来自柱面透镜22的光平面被分成两部分：绕过棱镜26的光平面38保持光束的原取向，而穿过棱镜26的光平面40被旋转了90°以使它垂直于其原平面取向。这样，单一光束被分成两个垂直的、相交的光平面。

在一个实施例中，通过使用环绕棱镜26的环形底座(未图示)，或其它光学安装系统，把棱镜26适当地支承在来自柱面透镜22的光束中。环形底座可以用环形底座与棱镜26之间的接触点的组合适当地支承棱镜26。可以放置接触点以对来自柱面透镜22的光束无明显地干扰。可以使用环形底座上的螺钉调节来旋转及调节光束内的棱镜26，以把棱镜26恰好地对准为围绕光束的光轴成45°角。

然后把来自棱镜26的交叉的光平面38和40引导向偏转镜28。在一个实施例中，偏转镜28是第一表面平面镜。偏转镜28是受控的或者可调的以把由系统10产生的十字准线引导及放置到目标对象。

需要指出虽然棱镜26和偏转镜28被描述为可调的，可以通过手工、机械、或者电力及软件控制实现此调节。在一些实施例中，可以把处理器(未图示)连接到电力和/或机械控制装置来通过执行软件代码以操作棱镜26或偏转镜28的调节。

如前面提到的，在此公开的实施例可以使用于医疗领域中，目的是在医学造像和/或治疗装置上定位或对准病人。在更具体的实施中，一个如在此公开的装置的实施例可以被用作对肿瘤放射治疗的病人定位的辅助。由此装置产生的垂直的光平面以这样一种方式被排列，使其被引导在病人上以指示存在于病人体内的肿瘤目标所在的平面位置。当使用三个单独产生的平面时，它们的交点就在病人体内目标的中心。可以首先在计算机断层扫描(CT)的治疗过程的模拟阶段建立此对准。在此阶段，使用专门修改的CT扫描器来在病人体内确定目标的位置。由本公开的装置产生的对准平面指示了CT扫描器和病人之间位置的对准。然后可以对病人作标记来在被恰当地对准的病人身上指示对准平面的位置。

在病人身上完成标记后，可以在放射治疗室布置一个或多个额外的十字准线发生器，该十字准线发生器如在此所公开的，并以这样一种方式放置以使光束发生器产生的光平面的交点与放射治疗束的等中心点重合。这样，当把病人放在直线加速器平台上时，能够通过使来自本次公开的光束发生器的光与病人身上的记号对准，相对于治疗束恰当地放置病人，病人身上的记号是之前在CT模拟中被放置的。

虽然在此公开了一个关于肿瘤应用的特定实施例，其它要求在医疗设备上定位和/或对准病人的这种应用可以通过本次公开的装置的实施例找到有用之处。这种应用的非限制性例子可以包括CT扫描器、常规(数字的或模拟的)x射线、介入放射学、骨矿物分析、及磁共振成像(MRI)。在所有这些放射性应用中，可以使用本次公开的实施例确定准备造像的病人的位置。

图2描绘了十字准线发生器50的另一个实施例。十字准线发生器50包括两个光学系统，两者协同合作产生十字准线72。第一系统包括第一光源52、第一柱面透镜56、第二柱面透镜68和第一偏转镜64。第二系统包括第二光源54、第三柱面透镜58、第四柱面透镜70和第二偏转镜66。

为了便于对光源52和54的激发或强度的这种控制，连接光源52和54到控制电路14，控制电路14相应地连接到电源16。控制电路14可以包括兼具硬件和软件控制的实施以履行控制功能。在一个实施例中，连接处理器到计算机可读介质，此介质存储了计算机可读程序，或者固件，通过处理器的执行，此程序或固件操作控制电路14的硬件以控制传送到光源52和54的电力以及光源52和54的单个元件的激发。控制电路14控制了光源52和54以可选择性地激发或者不激发光源52和54内的单光源。在另外的实施例中，控制电路14以脉冲宽度调制(PWM)的直流电流(DC)操作光源52和54，以使驱动光源52和54的电流的占空比可以被改变来控制光源52和54内的特定的光源的强度。

在实施例50中，光源52和54能够提供各种色彩和波长的非相干光。可以通过使用诸如多色(RGB、RGBA)或白色LED的单一光源实现它，该单一光源被滤色以得到单独的颜色输出。或者，光源52和54可以包含单色光源的阵列。可以操作控制电路14来控制光源52和54的阵列的单光源以激发一个或多个色光源来获得在对准十字准线72中的需要的光色和强度。如果使用一个或多个白色LED，可以通过控制电路14控制白光的强度，而通过使用一个或多个透明的滤色片(未图示)控制光色。在一个实施例中，一个或多个透明滤色片排列在可转动的轮内。

十字准线发生器50，包括结构92，其内部配置了十字准线发生器50的组件。结构92包括一系列有助于促进十字准线发生器50的元件的光学功能的导管和外壳。结构92的实施例包括第一遮光外壳94。在第一遮光外壳94内安放第一光源52和第二光源54。第一遮光外壳94的内部是平坦的黑色的以消除杂散光。

第一遮光导管84和第二遮光导管86从第一遮光外壳94延伸到第二遮光外壳82。遮光导管84和86在外形上可以是，但不需要是，圆柱形的。遮光导管84和86可以由吸光材料制成以削减杂散光并防止第一光束60和第二光束60的污染，此两光束分别在第一遮光导管84和第二遮光导管86中被投射。第一柱面透镜56和第三柱面透镜58分别位于第一遮光导管84和第二遮光导管86内。第二柱面透镜68和第四柱面透镜70位于第一及第二遮光导管84和86的对面的端部。

第二遮光外壳82，可以是暗的或吸光的黑色以进一步地减少光束的光污染，容纳了偏转镜64和66。偏转镜64和66引导光束60和62离开第二遮光外壳82。

第一光源52和第二光源54是可变色非相干光源。可以通过使用一个或多个带有滤色片的诸如RBG、RGBA的多色光源或白色LED实施这些可变色的、非相干光源，或者可以作为诸如单色LED或光纤灯的单色非相干光源的线形阵列实施。可以控制第一及第二光源52和54的单色光源以组合地激发一个或多个单光源来提供非相干光的各种颜色和色彩。

来自光源52和54的非相干光被分别引导向第一柱面透镜56和第三柱面透镜58。第一和第三柱面透镜56和58可以是凸柱面透镜，它们弱化了来自光源52和54的非相干光以形成第一光束60和第二光束62。

引导第一光束60和第二光束62分别穿过第一遮光导管84和第二遮光导管86，分别朝向第一柱面透镜68和第二柱面70。柱面透镜68和70沿其光轴可调以允许在对准对象上对投射的对准线的精细聚焦。然后光束60和62分别照在偏转镜64和66上。偏转镜64和66是第一表面平面镜。偏转镜64使第一光束60反射离开结构92作为第一光平面88。偏转镜66使第二光束反射离开结构92作为第二光平面90。当投射到对象上时，第一平面88和第二平面90在对象(未图示)上形成对准十字准线72。

调节偏转镜64和66的取向角，改变离开结构92的第一光平面88和第二光平面90。可以把偏转角64和66调节为与治疗机器几何学的水平和竖直平面重合，或者完成其它对准目的。

如之前关于图1的偏转镜所提到的，偏转镜64和66可以被手动地调节，或者可以被构造用于对第一平面88和第二平面90的对准的控制来形成十字准线72，该配置为机械的、机电的、或软件实施的控制。

实施例50的分离的光学系统允许了独立地产生及控制构成十字准线72的第一平面88和第二平面90。通过控制偏转镜64和66的位置和角度实现对十字准线72的控制和定位，以使十字准线72可以被调节或再校准来保证投射的十字准线72是矩形的，且位于与被定位的病人合适的对准处。

图3描绘了十字准线发生器100的又一个实施例。与图2中描绘的十字准线发生器50相似，十字准线发生器100包括两个对准线发生系统。第一系统102包含第一光源110、第一弱化透镜114、第一投影透镜118、第一偏转镜130、和第一中心线镜134。第二系统104包含第二光源112、第二弱化透镜116、第二投影透镜120、第二偏转镜132、和第二中心线镜136。

第一系统102和第二系统104都被安装于底板平面108并且被容纳在结构106内，此结构保持第一系统102和第二系统104与光污染的隔离。在一个仅为描述性的使用中，可以把结构106以通常竖直的取向安装在壁(未图示)上。虽然可以按替代的取向使用十字准线发生器100，下面的描述将涉及此示例的取向。当把结构106以通常竖直的取向安装在壁上时，那么第一系统102产生竖直的对准线而系统104产生水平的对准线。

下面的描述在此将集中在第一系统102，可以理解此描述通常也适用于第二系统104，除了特别提到的地方。

第一系统102，它产生了竖直对准线144，包括第一光源110。第一光源110可以与关于其它实施例的在此描述的光源相似，并可以包括非相干单光源的阵列。把第一光源110大体平行于底板表面108排列。第一柱面弱化透镜114与第一光源110对准。与第一光源110相似，把第一弱化透镜114平行于底板表面108对准。第一弱化透镜114可以是柱面透镜，具有仅为示例的直径1mm。第一弱化透镜114接受来自第一光源110的非相干光并在第一投影透镜118的方向上弱化光。在使用了带有各色非相干光源的第一光源110的十字准线发生器100的实施例中，由第一弱化透镜114对非相干光的弱化有助于产生均匀颜色和强度的光束122。

光束122平行于底板表面108向第一投影透镜118延伸。第一投影透镜118是柱面投影透镜，它可以是凸或者平凸投影透镜。在一个示例的实施例中，第一投影透镜118具有仅为示例的直径150mm。应该理解在替代的实施例中可以使用其它直径的透镜。把第一投影透镜118的无光焦度轴与底板表面108平行对准。第一投影透镜118接受被弱化的光束122并把被弱化的光束122聚焦成在平行于底板表面108的方向上延伸的聚焦光束126。

第一偏转镜130接受来自第一投影透镜118的聚焦光束126并在结构106的中心线138的方向上反射聚焦光束126。第一偏转镜130是第一表面镜，它被对准为垂直于底板表面108并与中心线138成45°角。

第一中心线镜134是矩形镜，此矩形镜以其长轴取向为平行于中心线138被排列。第一中心线镜134是第一表面镜，它以可调的角度从底板表面108延伸离开。在示例的实施例中，第一中心线镜134以45°角成角度地离开底板表面108。第一中心线镜134通过其到可移动镜座140的连接被支撑在中心线138上。可以手工地、机械地、或机电地移动镜座140来调节第一中心线镜134与底板表面108的角度，以调节竖直对准线144的水平调节和/或竖直调节。

第二系统104产生水平对准线。第二系统104以类似于上面关于第一系统102所描述的方式工作。第二系统104的结构在排列上的不同之处在于该结构被对准为垂直于底板表面108，而不是平行于底板表面108。具体地，把第二光源112和第二弱化透镜116垂直于底板表面108排列。第二投影透镜120的无光焦度轴也取向为垂直于底板表面108。第二偏转镜132的长轴取向为垂直于底板表面108。进一步地，第二偏转镜132向中心线138成45°角以把来自第二投影透镜120的光束128引导向结构106的中心线138。

第二中心线镜136以其长轴垂直于中心线138被对准。第二中心线镜136成可调角度地从底板表面108离开。通过可调镜座142控制第二中心线镜136和底板表面108之间的特定角度。可以手工地、机械地、或机电地操作可移动镜座140来调节第二中心线镜136相对于底板表面108的角位置。第二偏转镜132反射出来的光束128进一步地被第二中心线镜136反射出来离开结构106作为水平对准线。第二中心线镜136围绕镜座140的转动许可了对水平对准线146的水平调节和/或竖直调节。

图3中描绘的十字准线发生器100把第一系统102和第二系统104以并排的关系在结构106内排列，而不是图2中描绘的十字准线发生器50的第一系统与第二系统之间的前后关系。这最小化了十字准线发生器100的深度侧形并由此最小化了十字准线发生器100从壁(未图示)的突出，此壁为示例地安装该十字准线发生器的壁。

中心线镜134和136在中心线138上的镜座140和142上的排列允许单独地调节水平对准线和竖直对准线来应对歪斜。由此能够校准十字准线发生器100以产生在水平对准线和竖直对准线间具有确切的垂直度的十字准线。

图4描绘了与图1中描述的实施例相似的实施例的另一个视图，其中相似的组件标号相同。图4的实施例的一个不同之处在于光源80是单光源的线形阵列。然而，在这样的阵列中可以使用多种非相干光源。其它的实施例可以包括多色(RGB、RGBA)元件、或类似物。更具体地，这个实施例包括彩色LED光源的阵列。在此实施例中描绘的是一个1×18的彩色LED阵列。需要指出，虽然描绘的是的1×18的光阵列，可以使用其它阵式的光阵列。

如图4中所指示的，光源80包括彩色LED的特定序列或排列。在一个示例的实施例中，使用的特定序列如下：蓝、红、绿、红、蓝、红、蓝、红、绿、红、蓝、红、蓝、红、绿、红、蓝、红。此LED的特定排列并非意图限制本公开。需要指出，由于在示例的实施例中使用的各色LED的光强度而选择此特定排列。更具体地，选择特定的公开的排列来从红、蓝和绿色LED光源产生均匀量的光强度。换言之，由于在本实施例中使用的特定绿色LED产生了比红色LED产生的红光的可见度更高的可见的绿光组份，本公开的实施例在光源80中对每个绿色LED使用了三个红色LED。

虽然从光源80中的不同颜色的光源发出的平衡的光强度简化了光源80的操作和控制，它们并非在所有实施例中必需。可以通过对不同颜色的光源的电力控制实现光强度的平衡。例如，可以通过使红色LED工作在比绿色LED更高的占空比下，实现相同的平衡。当使所有红、蓝、和绿色LED都工作在平衡的强度时，实现了白光的十字准线42。或者，可以使光源80工作在非平衡的强度状态。

为了便于对光源80的激发或强度的这种控制，连接光源80到控制电路14，控制电路14依次地连接到电源16。控制电路14可以包括兼具硬件和软件控制的实施以履行控制功能。在一个实施例中，连接处理器到计算机可读介质，此介质存储了计算机可读代码，或者固件，通过处理器的执行，此代码或固件操作控制电路14的硬件以控制传送到光源80的电力以及光源80的单个元件的激发。控制电路14控制了光源80以可选择性地激发或者非激发光源80内的单光源。在另外的实施例中，控制电路14以脉冲宽度调制(PWM)的直流电流(DC)操作光源80，以使驱动光源80的电流的占空比可以被改变来控制光源80内的特定的光源的强度。

在此实施例中，光源80能够提供多种色彩和波长的非相干光。可以通过使用诸如多色(RGB、RGBA)或白色LED的单个光源实现它。可替换地，光源80可以包含单色光源的阵列。可以操作控制电路14来控制光源80的阵列的单光源以激发一个或多个色光源来获得在对准十字准线42中的需要的光色和强度。如果使用一个或多个白色LED，可以通过控制电路14控制白光的强度，而通过使用透明的滤色片/轮(未图示)控制光色。

参见图4中描绘的实施例的其余部分，需要指出在此实施例中不包括偏转镜，然而，包括这样一个镜子用于再次引导准线42来调节在目标物上的对准是可能的。

如之前提到的，光束32和光束34之间的θ角越小，光束34的强度越大，而较大的角θ增加了来自光源80的单LED光源的弱化。

另外，图4提供了光束在被操纵形成十字准线42时的又一视图。更具体地，能够更清楚地看到棱镜26被安放在光束36中，以使光束36的第一部分38绕过棱镜26，而光束36的另一部分经过棱镜26折射成竖直取向以形成第二光束40。在一个实施例中，棱镜26沐浴在光中，以使整个棱镜26从光束36接受光。投射进入棱镜26和围绕棱镜26的光的强度的平衡促进了在长度和强度上平衡的十字准线的产生。

在一个实施例中，棱镜26是直角道威棱镜。可以放置以及控制道威棱镜26来操纵经过棱镜折射的光以使光平面旋转90°，这样产生了第二光束40。在一个实施例中，可以旋转道威棱镜45°以获得所需的第二光束40。然而，需要指出，可以基于棱镜26的尺寸改变棱镜26在光束36内的特定位置以精确地产生所需的第二光束40。

回到图4的光源80，由光源的线形阵列形成的光源，如本次公开的图4的光源80，呈现了附加的特征和好处，可以在本实施例中找到这些特征和好处。

基于技术常规和人的视觉的三色状态，光源80包括了单独的蓝、红、和绿色光源。这些光源的附加性能允许了不同颜色的十字准线42的产生。在最基本的例子中，仅激发光源的红色元件将产生红色的十字准线42，仅激发蓝色元件将产生蓝色的十字准线42，仅激发绿色元件将产生绿色的十字准线42。激发单色元件的组合允许产生各种颜色的十字准线42。如较早指出的，选择单色元件来平衡本实施例中可用的色光源的强度。由此，当所有的色光源都发光时，以相同的强度产生了光的三个颜色中的每一个，这样产生了白光。

在如图4中描述的实施例中，把光源80从柱面透镜18隔开以使从每个光元件发出的光的各个颜色能够混合并均匀地投射在柱面透镜18上。柱面透镜18还提供了当光从光源80的多个单光元件产生时会聚光的功能以进一步地均匀地混合光束32。

如上面进一步地公开的，可以通过脉宽调节的直流电流(DC)给光源80的每个光元件加电以使每个光元件的占空比可被调节，进一步地控制和增加了光源80产生的各种色彩。

可以通过一些特定的例子进一步地解释这样的实施的好处。颜色的感知是基于两个主要考虑。第一，感知的颜色是基于技术人员感知颜色的人体结构上的能力。大多数人是三色感知的，具有对低、中、及高可见光波长的最高敏感度的接受光的结构，一些人患有不同类型的色盲，具有对不同的光波长的减弱的感知能力。色盲主要影响男性，大约影响了5％-10％的男性人口。在色盲的主要类型中，个体感知红色和绿色的能力受损。

确定颜色的感知的第二个因素是被照亮及感知的物体的反射率。更具体地，物体的颜色是基于被物体反射的光的各波长(或者被吸收的颜色波长)的量。这样，感知的物体颜色是基于被接受的从物体反射出来的光的波长的强度。

在病人对准的医疗应用中，这两个考虑是重要的。第一，基于病人的肤色，各种病人肤色较好地反射出各种颜色，而各种肤色更容易吸收另一些颜色。

图5是显示了基于对象肤色的不同光波长的变化的反射率百分比的图示。Angelopoulou，Elli，“人体皮肤的反射光谱，”技术报告No.MS-CIS-99-29，第5页，宾夕法尼亚大学计算机及信息科学系(1999)。参见：http://repository.upenn.edu/cis_reports/584。不同的线代表了不同的皮肤在可见光谱上的反射率。线1-4代表了在高加索血统的人中发现的不同肤色。线5和6代表了在印度血统的人的肤色。线7代表了非洲血统的人的肤色。这样此图显示了各种肤色的反射性能中的差异。

由此，可以期望能够基于病人的肤色把对准十字准线的颜色调节为最大化反射率的色彩。

通常通过两个考虑确定病人的皮肤对各种光波长的反射率。第一，病人皮肤的表皮层中存在的黑色素的量确定了病人皮肤的整体反射率。此外，病人皮肤的真皮层中含氧血里的血红素主要地在中光波长(500-600nm)中还具有影响皮肤反射率的特性。

如图5中可以看到的，在许多情况和病人肤色下，可见光的红色光谱反射最多。然而，在红光之外，其它各种光的颜色的反射率变化大的多。对于患有色盲的使用者，如果对于使用者来说红和绿光难以感知，那么需要在光谱上调节光以确定一种颜色，该颜色最大化了使用者对产生的十字准线的视觉感知力。

因此，本十字准线发生器允许调节产生的十字准线的颜色来最大化技术人员对确定目标的十字准线的感知力。这包括了基于病人肤色的调节，以及进一步的调节，如果技术人员表示出许多类型的色盲中的一种的话。

可以通过在对象上同时以及并排地照射单色光测量特定对象的皮肤的反射率。然后使用者可以从各种颜色中选择一种颜色，使用者发现在此颜色下主观地最可见。另外，可以使用一种代表了不同的使用者群体的判断来一般地确定对使用者和病人的肤色最容易可见的特定的颜色和波长，该使用者群体由特别地包括年龄及性别的不同特性描述，该使用者属于那个人口统计分类。另外，可以使用不同皮肤颜色、色调、及色度的病人以在不同条件下进一步主观地评估该首选的操作颜色。可以用对照表的形式存储由此获得的主观数据以使建议的最佳颜色可以基于病人和使用者的特性被确定。

或者，可以与十字准线发生器一起分别地或集成地实施分光辐射谱仪(spectroradiometer)和滤色光度计(filter photometer)，来量化上文提到的判断。

相似的测试过程改变了病人的肤色并测量了不同的光的颜色的反射强度。在使用了特定的分光辐射谱仪或滤色光度计的实施例中，使用者能够测试他或她的颜色感知力以建立根据不同肤色的病人使用的个人化的默认值或颜色设定。

能够在建造业里找到多色对准光束的其它应用，其中诸如激光器级别的装置可以被改变为如在此所公开的，来产生对准光束的不同颜色以最大化基于使用者的感知能力的感知力和被对准光束投射的表面或物体的反射率。

在另一个这样的应用中，在保安业内，可以使用一个公开的实施例的特征，诸如在不同的位置或者最大化或者阻止对准光束或对准平面的视觉感知，调节对准光束的颜色，以可以被用于保安的目的。

此成文的描述使用了例子来公开不同的实施例，包括最佳模式，并使本领域的任何人能制造及使用这些实施例。权利要求所限制的专利范围可以延伸到包括本领域技术人员所想到的未明确地列举的其它例子。如果它们具有与该权利要求的字面语言无差别的结构元件，或者如果它们包括与该权利要求的字面语言无实质性差别的等价的元件，这样的其它例子被认为在该权利要求的范围之内。

仔细考虑了不同的替换物和实施例，它们在权利要求的范围之内，明确地指出并清晰地要求本公开的主题。

Claims (23)

1.一种用于对准对象的对准装置，所述对准装置包含：

非相干光源，其中所述非相干光源是发出非相干光的多色光源；

第一凸柱面透镜，接受所述非相干光并使所述非相干光准直以产生低发散光束；

镜棒，其中所述低发散光束被引导到所述镜棒并从所述镜棒反射出来，其中所述镜棒使所述低发散光束弱化并发散；

第二凸柱面透镜，接受来自所述镜棒的所述发散及弱化的光束并把所述发散及弱化的光束聚焦为被引导向所述对象的会聚光束；

连接到所述非相干光源的控制器，所述控制器操作所述非相干光源以产生选定波长的非相干光。

2.权利要求1所述的对准装置，其中来自所述非相干光源的所述非相干光的所述波长被调节为从所述对象上具有最佳反射率的波长。

3.权利要求1所述的对准装置，其中所述第一凸柱面透镜、所述镜棒和所述第二凸柱面透镜的对准形成角度西塔(θ)，调节所述角度西塔(θ)以控制被引导向所述对象的所述会聚光束的弱化。

4.权利要求1所述的对准装置还包含安置在所述会聚光束中的道威或直角棱镜，所述棱镜把所述会聚光束分为第一及第二光束部分，所述第一及第二光束部分形成被引导向目标的十字准线。

5.权利要求4所述的对准装置，其中所述棱镜是直角道威棱镜，所述棱镜围绕其光轴旋转45度。

6.权利要求4所述的对准装置还包含把所述棱镜保持在所述会聚光束中的环形底座，所述环形底座进一步地是可调整的，以把所述棱镜保持在所述会聚光束中。

7.权利要求4所述的对准装置还包含反射所述十字准线的偏转镜，所述偏转镜是可调整的以把所述十字准线引导向所述对象。

8.一种用于对准对象的对准装置，所述对准装置包含：

非相干光源的阵列，所述阵列有选择性地产生多个波长的非相干光；

第一凸柱面透镜，接受来自所述阵列的所述非相干光并使所述非相干光准直以产生低发散光束；

镜棒，其中所述低发散光束被引导到所述镜棒并从所述镜棒反射出来，其中所述镜棒使所述低发散光束弱化并发散；和

第二凸柱面透镜，接受来自所述镜棒的所述发散及弱化的光束并把所述发散及弱化的光束聚焦为被引导向所述对象的会聚光束。

9.权利要求8所述的对准装置，其中所述阵列的所述非相干光源是多色发光二极管。

10.权利要求8所述的对准装置，其中所述阵列包含至少第一颜色和第二颜色的非相干光源。

11.权利要求8所述的对准装置还包含连接到所述阵列的控制器，所述控制器操作所述阵列的所述非相干光源以产生所述多个波长的非相干光。

12.权利要求11所述的对准装置，其中所述控制器还在不同的强度操作所述阵列的所述非相干光源。

13.权利要求11所述的对准装置还包含放置在所述会聚光束的路径中的棱镜，所述棱镜把所述会聚光束分为第一及第二光束部分，所述第一及第二光束部分形成被引导向目标的十字准线。

14.权利要求13所述的对准装置还包含反射所述十字准线的偏转镜，所述偏转镜是可调整的，以便把所述十字准线引导向所述对象。

15.一种把对准光束投射在对象上的对准结构，所述对准结构包含：

至少一个非相干光源，发出可选择地改变的波长的非相干光；

包括第一柱面透镜、第二柱面透镜和第一偏转镜的第一光学系统，所述第一光学系统通过所述第一柱面透镜接受来自所述至少一个非相干光源的非相干光并把会聚且弱化的第一对准光束引导向目标；

包括第三柱面透镜、第四柱面透镜、和第二偏转镜的第二光学系统，所述第二光学系统通过所述第三柱面透镜接受来自所述至少一个非相干光源的非相干光并产生在所述目标的且与所述第一对准光束垂直的会聚且弱化的第二对准光束。

16.权利要求15所述的对准结构还包含：

遮光外壳，其消除了杂散光，所述第一偏转镜和所述第二偏转镜被安装在其中；

其中所述第一偏转镜反射来自所述第二柱面透镜的光束并引导所述光束离开所述结构，所述第二偏转镜反射来自所述第四柱面透镜的光束并引导所述光束离开所述结构。

17.权利要求16所述的对准结构，其中所述至少一个非相干光源是与所述第一光学系统相关联的第一非相干光源阵列和与所述第二光学系统相关联的第二非相干光源阵列。

18.权利要求17所述的对准结构，还包含：

与所述第一光学系统相关联的第一遮光导管，所述第一遮光导管从所述第二柱面透镜延伸到其中容纳有所述偏转镜的所述遮光外壳；和

与所述第二光学系统相连的第二遮光导管，所述第二光隔离导管从所述第四柱面透镜延伸到其中容纳有所述偏转镜的所述遮光外壳。

19.权利要求15所述的对准结构还包含可选的壁托架，允许所述对准结构围绕竖直轴旋转，从而把所述第一对准光束和所述第二对准光束引导到所述目标上。

20.权利要求15所述的对准结构，其中所述第一偏转镜把线光束引导向所述结构的中心线而非直接离开所述结构。

21.权利要求15所述的对准结构，其中所述第二偏转镜把它的光束引导向所述结构的中心线而非直接离开所述结构。

22.权利要求20所述的对准结构，其中位于所述结构的所述中心线的第一中心线镜将来自所述第一偏转镜的所述线光束引导离开所述结构而到所述对象上，其中所述第一中心线镜的长轴取向为平行于中心线被排列。

23.权利要求20所述的对准结构，其中位于所述结构的所述中心线的第二中心线镜将来自所述第二偏转镜的所述线光束引导离开所述结构而到所述对象上，其中所述第二中心线镜的长轴垂直于中心线。