CN104335099A - 显微镜的正交光束分裂 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种系统，其包括：第一光束分裂器模块；和第二光束分裂器模块，其沿对准线对准所述第一光束分裂器模块。在某些实施方案中，每个光束分裂器模块可将沿第一光学路径行进的光束分裂成第一分裂光束和第二分裂光束。每个光束分裂器模块可沿所述第一光学路径传输所述第一分裂光束和沿实质上正交于所述第一光学路径和所述对准线的第二光学路径引导所述第二分裂光束。在某些实施方案中，每个光束分裂器模块可接收沿第一光学路径行进的第一光束和沿实质上正交于所述第一光学路径和所述对准线的第二光学路径行进的第二光束。每个光束分裂器模块可组合所述第二光束与所述第一光束以产生组合的光束。

Description

显微镜的正交光束分裂
技术领域
本公开大体上涉及光束分裂，且更特定来说涉及显微镜的正交光束分裂。
背景技术
显微镜接收来自目标的光束以产生所述目标的图像。在某些显微镜中，光束可以分裂或与其它光束组合。例如，光束可以分裂以产生分裂光束。分裂光束可引导到不同目的地用于不同用途，例如，引导到一个或多个目镜以供一个或多个用户查看和/或引导到相机以便记录。作为另一实例，光束可以与另一光束组合以组合图像。例如，目标图像可以与提供关于显微镜参数的信息的图像重叠。
摘要
一种系统包括：第一光束分裂器模块；和第二光束分裂器模块，其沿对准线对准所述第一光束分裂器模块。在某些实施方案中，每个光束分裂器模块可将沿第一光学路径行进的光束分裂成第一分裂光束和第二分裂光束。每个光束分裂器模块可沿所述第一光学路径传输所述第一分裂光束和沿实质上正交于所述第一光学路径和所述对准线的第二光学路径引导所述第二分裂光束。在某些实施方案中，每个光束分裂器模块可接收沿第一光学路径行进的第一光束和沿实质上正交于所述第一光学路径和所述对准线的第二光学路径行进的第二光束。每个光束分裂器模块可组合所述第二光束与所述第一光束以产生组合的光束并沿所述第一光学路径传输所述组合的光束。
附图说明
现将以实例方式并参考附图更详细说明本公开的示例性实施方案，其中：
图1描绘可以利用正交光束分裂的显微镜系统的实例；
图2描绘可以结合图1的显微镜系统使用的正交分裂系统的实例；
图3描绘可以用于显微镜系统的光束分裂器系统的实例；
图4描绘可以用于显微镜系统的光束分裂器系统的另一实例；和
图5描绘可以用于显微镜系统的光束分裂器系统的另一实例。
具体实施方式
现参考说明和附图，详细示出所公开设备、系统和方法的示例性实施方案。说明和附图并非意在穷举或以其它方式将权利要求书限制或限定于附图中所示和说明中所公开的具体实施方案。尽管附图表示可行实施方案，但附图不一定按比例绘制且某些特征可以扩大、移除或部分分段以更好地描绘实施方案。
图1描绘可以利用正交光束分裂的显微镜系统10的实例。在所述实例中，显微镜系统10包括物镜20、一个或多个分裂系统22(22a到22b)和一个或多个目镜24。显微镜系统10可以是任何合适显微镜，诸如外科光学显微镜。光学显微镜包括产生置于显微镜的焦平面中的目标的放大图像的一个或多个透镜。透镜可以朝向检测器(诸如眼睛)聚焦来自目标的(例如，从目标发射或反射的)光。透镜可以包括物镜20，其聚集来自目标的光并使光射线聚焦以产生实像。目镜24位于目镜20的焦点附近以放大图像。分裂系统22可以使来自目标的光分裂和/或组合目标光与另一光束。图2到图5中更详细说明分裂系统22的实例。
图2描绘可以结合图1的显微镜系统10使用的正交分裂系统22a的实例。在所述实例中，分裂系统22a具有外壳30，其内安置光束分裂器系统32、透镜36(36a到36b)、反光镜40和图像显示器42。图像撷取模块44连接到外壳30。
光束分裂器系统32包括光束分裂器模块34(34a到34c)且参考图3到图5进行更详细说明。透镜36将光束引导到光束分裂器模块34和/或引导来自光束分裂器模块34的光。图像显示器42可以显示一个或多个图像且可以是任何合适图像显示器，诸如发光二极管(LED)(例如，有机LED)。反光镜40可以朝向透镜36反射具有图像的图像光束，其可以朝向光束分裂器模块34引导图像光束。光束分裂器模块34可以组合图像光束与其它光束。图像撷取模块44可以接收光束并从光束生成一个或多个图像(诸如单个图像或图像流)。在所述实例中，图像撷取模块44可以是摄影机且可以接收来自光束分裂器模块34并穿过成像物镜36b的光束以生成视频图像。
图3描绘可以用于显微镜系统(诸如显微镜系统10)的光束分裂器系统32的实例。在所述实例中，光束分裂器系统32包括光束分裂器模块34(34a到34b)。光束分裂器模块34可以包括任何合适光束分裂器，其可接收光束48(48a到48b)并在分裂区域49(49a到49b)处使接收的光束48分裂以产生多个分裂光束50(50a到50b)、52(50a到50b)。在所述实例中，可以认为分裂光束50是传输的光束，且可以认为分裂光束52是反射的光束。传输的光束和反射的光束可以占接收的光束48的任何合适比例。例如，传输的光束可以是50％且反射的光束可以是50％，传输的光束可以小于50％且反射的光束可以大于50％，或传输的光束可以大于50％且反射的光束可以小于50％。在某些实施方案中，光束分裂器模块34可以在合适光谱范围(例如，可见范围)内操作。
传输的光束沿传输的光束光学路径56(56a到56b)(其可以实质上相同于由接收的光束所用的光学路径56)行进，且反射的光束沿可以与传输的光束光学路径56成任何合适角度的反射的光束光学路径58(58a到58b)行进。例如，所述角度可以实质上是90°，小于90°或大于90°。可以认为路径56和58界定虚平面60(60a到60b)。
在某些实施方案中，光束分裂器模块34可以是包括两个胶合的直角棱镜的立方光束分裂器。反射的光束和传输的光束可以行进穿过相同量的玻璃，使得尽管每支臂的光学路径长度增大，但两个路径增大达相同量。
在某些实施方案中，光束分裂器模块34a沿对准线64以任何合适方式对准光束分裂器模块34b。例如，模块34可以对准使得满足以下条件中的一个或多个：(1)平面60a与60b实质上平行于彼此；(2)对准线64正交于一个或多个平面60a到60b；(3)对准线64与一个或多个分裂区域49a到49b相交；和/或(4)传输的光学路径56a到56b界定正交于由反射的光学路径58a到58b界定的平面的平面。
在某些实施方案中，每个光束分裂器模块34可以接收沿光学路径56行进的光束48。光束48可以行进自目标并穿过物镜到光束分裂器模块34。光束分裂器模块34可以将光束分裂成分裂光束50和52。光束分裂器模块34可以沿实质上平行于(例如，实质上沿)第一光学路径的路径传输分裂光束50。在某些实施方案中，可以朝向目镜集中的目镜引导分裂光束50。光束分裂器模块34可以沿实质上正交于第一光学路径和对准线的第二光学路径引导分裂光束52。在某些实施方案中，图像撷取模块可以接收分裂光束52并从分裂光束52生成一个或多个图像。
图4描绘可以用于显微镜系统的光束分裂器系统132的实例。在所述实例中，光束分裂器系统132包括光束分裂器模块134(134a到134b)。光束分裂器模块134可以包括任何合适光束分裂器，其可接收光束148(148a到148b)和光束152(a到b)并在组合区域149(149a到149b)处组合光束148与152以产生组合的光束150(150a到150b)。在所述实例中，可以认为光束148是主光束，且可以认为光束152是副光束。主光束和副光束可以占组合的光束150的任何合适比例。例如，主光束可以是50％且副光束可以是50％，主光束可以小于50％且副光束可以大于50％，或主光束可以大于50％且副光束可以小于50％。在某些实施方案中，光束分裂器模块134可以在合适光谱范围(例如，可见范围或窄光谱带范围)内操作。
主光束沿主光束光学路径156(156a到156b)(其可以实质上相同于由组合的光束所用的光学路径156)行进，且副光束沿可以与主光束光学路径156成任何合适角度的副光束光学路径158(58a到58b)行进。例如，所述角度可以实质上是90°，小于90°或大于90°。可以认为路径156和158界定虚平面160(60a到60b)。
在某些实施方案中，光束分裂器模块134可以是包括两个胶合的直角棱镜的立方光束分裂器。主光束和副光束可以行进穿过相同量的玻璃，使得尽管每支臂的光学路径长度增大，但两个路径增大达相同量。
在某些实施方案中，光束分裂器模块134a沿对准线164以任何合适方式对准光束分裂器模块134b。例如，模块134可以对准使得满足以下条件中的一个或多个：(1)平面160a与160b实质上平行于彼此；(2)对准线164正交于一个或多个平面160a到160b；(3)对准线164与一个或多个组合区域149a到149b相交；和/或(4)主光学路径156a到156b界定正交于由副光学路径158a到158b界定的平面的平面。
在某些实施方案中，每个光束分裂器模块134可以接收沿光学路径156行进的光束148且接收沿实质上正交于光学路径156和对准线164的光学路径158行进的光束152。光束分裂器模块134可以沿实质上平行于(例如，沿)光学路径156的输出路径传输光束148和光束152。在某些实施方案中，光束148和152可以朝向目镜集中的目镜传输作为组合的光束150。在某些实施方案中，光束148可以传达目标图像，且光束152可以传达递送诸如显微镜参数的信息的一个或多个信息化图像。光束148和152可以组合，诸如图像注射到光束148中，例如，信息化图像与目标图像重叠。
图5描绘可以用于显微镜系统的光束分裂器系统232的实例。在所述实例中，光束分裂器系统232包括α光束分裂器集210和β光束分裂器集212。光束分裂器集可以用于图1的光束分裂系统22。在所述实例中，α光束分裂器集210可以包括α光束分裂器模块，包括光束分裂器模块220和222。模块220和222可以沿对准线224以任何合适方式对准。例如，模块220和222可以对准使得满足以下条件中的一个或多个：(1)由路径56和58界定的平面226和由路径156和158界定的平面228实质上共面；和/或(2)对准线164实质上与路径58和/或路径158重合。
在某些实施方案中，光束分裂器模块220可以实质上相似于光束分裂器模块34。光束分裂器模块220可以接收沿光学路径56行进的α光束48并将α光束48分裂成沿光学路径56传输的输出光束50和实质上平行于(例如，沿)对准线224引导的α分裂光束252。在某些实施方案中，光束分裂器模块222可以实质上相似于光束分裂器模块134。光束分裂器模块222可以接收沿光学路径156行进的主α光束148和沿实质上平行于(例如，沿)对准线224的光学路径158行进的副α光束152。光束分裂器模块222可以实质上平行于光学路径156传输光束148和152作为输出光束150。
在某些实施方案中，β光束分裂器集212可以实质上相似于图4的光束分裂器系统132。β光束分裂器集212可以包括沿对准线164对准的β光束分裂器模块134。每个β光束分裂器模块134可以接收输出光束50或输出光束150。β光束分裂器模块134可以接收沿实质上正交于由对准线164和接收的输出光束50或150的光学路径界定的平面260的β光学路径158行进的副β光束152。β光束分裂器模块134可以沿实质上平行于接收的输出光束50或150的光学路径的路径传输接收的输出光束50或150和副β光束152。在某些实施方案中，可以朝向目镜集中的目镜引导副β光束152。在某些实施方案中，副β光束152的一个或多个图像可以注射到接收的输出光束50或150中。
在其它实施方案中，β光束分裂器集212可以实质上相似于图3之光束分裂器系统32。β光束分裂器集212可以包括沿对准线64对准的β光束分裂器模块34。每个β光束分裂器模块34可以接收输出光束50或输出光束150并将接收的输出光束50或150分裂成β分裂光束50和52。β光束分裂器模块34可以沿实质上平行于接收的输出光束50或150的光学路径的路径传输β分裂光束50且沿实质上正交于由对准线64和接收的输出光束50或150的光学路径界定的平面的光学路径58引导β分裂光束52。在某些实施方案中，可以朝向目镜集中的目镜引导β分裂光束50。在某些实施方案中，图像撷取模块可以接收β分裂光束52并从β分裂光束52生成一个或多个图像。
光束分裂器模块(例如，34或134)可以具有任何合适光谱范围，例如，宽带可见、IR或UV范围或窄光谱范围，其可以小于50nm宽，例如，520到540nm范围。例如，可以使用宽带可见范围光束分裂器模块。作为另一实例，窄带光束分裂器模块可以用于图像显示器42。在这个实例中，近100％的光可以从窄光谱范围外的目标发送到目镜24。
尽管已就某些实施方案对本公开进行了说明，但是对该实施方案的修改(例如，变更、置换、添加、省略和/或其它修改)对于本领域的技术人员而言将是显而易见的。因此，在不背离本发明范围的情况下可以对实施方案作出修改。例如，可以对本文中所公开的系统和设备作出修改。系统和设备的组件可以集成或分离，且系统和设备的操作可以由更多、更少或其它组件来执行。作为另一实例，可以对本文中所公开的方法作出修改。方法可以包括更多、更少或其它步骤，且步骤可以按任何合适次序执行。
在不背离本发明范围的情况下，其它修改是可行的。例如，说明描绘了实施方案的特定实际应用，然而另外的应用对于本领域的技术人员而言将是显而易见的。此外，本文中所述的技术将发生未来发展，且将结合这些未来发展利用所公开系统、设备和方法。
不应参考说明确定本发明的范围。根据专利法规，说明使用示例性实施方案解释并描绘了本发明的原理和操作模式。说明使得本领域的其他技术人员能够在各个实施方案中利用系统、设备和方法并作出各种修改，但不应用来确定本发明的范围。
应参考权利要求书和权利要求书所属的等效物的全范围确定本发明的范围。除非本文中明确指明为意思相反，否则所有权利要求术语应给出如其为本领域的技术人员所了解的最广的合理构造和普通含义。例如，除非权利要求的列举具有明确的意思相反限制，否则单数冠词“一”、“所述”等的使用应被理解为列举指明的元件中的一个或多个。作为另一实例，“每个”指代每个集成员或每个集的子集成员，其中集可以包括零个、一个或一个以上元件。总之，本发明能够作出修改，且不应参考说明而是应参考权利要求书和其等效物的全范围确定本发明的范围。

Claims (16)

1.一种系统，其包括：
第一光束分裂器模块；和
第二光束分裂器模块，其沿对准线对准所述第一光束分裂器模块，每个光束分裂器模块被配置来：
接收沿第一光学路径行进的光束；
将所述光束分裂成第一分裂光束和第二分裂光束；
沿所述第一光学路径传输所述第一分裂光束；和
沿实质上与所述第一光学路径和所述对准线正交的第二光学路径引导所述第二分裂光束。
2.根据权利要求1所述的系统，每个光束分裂器模块被配置来通过以下步骤沿所述第一光学路径引导所述第一分裂光束：
朝向目镜集中的目镜引导所述第一分裂光束。
3.根据权利要求1所述的系统，其还包括图像撷取模块，所述图像撷取模块被配置来接收所述第二分裂光束并从所述第二分裂光束生成一个或多个图像。
4.一种系统，其包括：
第一光束分裂器模块；和
第二光束分裂器模块，其沿对准线对准所述第一光束分裂器模块，每个光束分裂器模块被配置来：
接收沿第一光学路径行进的第一光束；
接收沿实质上与所述第一光学路径和所述对准线正交的第二光学路径行进的第二光束；
组合所述第一光束和所述第二光束以产生组合的光束；和
沿所述第一光学路径传输所述组合的光束。
5.根据权利要求4所述的系统，每个光束分裂器模块被配置来通过以下步骤传输所述组合的光束：
朝向目镜集中的目镜引导所述组合的光束。
6.根据权利要求4所述的系统，每个光束分裂器模块被配置来通过以下步骤组合所述第一光束和所述第二光束：
组合所述第一光束和所述第二光束以将所述第二光束的一个或多个图像注射到所述第一光束中。
7.根据权利要求4所述的系统，所述第二光束接收自图像显示器。
8.根据权利要求4所述的系统，每个光束分裂器模块是在窄光谱范围中操作的。
9.一种系统，其包括：
α光束分裂器集，其包括第一α光束分裂器模块和沿α对准线对准所述第一α光束分裂器模块的第二α光束分裂器模块；
所述第一α光束分裂器模块被配置来：
接收沿第一光学路径行进的第一α光束；和
将所述第一α光束分裂成沿所述第一光学路径传输的第一输出光束和被实质上平行于所述α对准线引导的α分裂光束；且
所述第二α光束分裂器模块被配置来：
接收沿第二光学路径行进的第二α光束；
接收沿实质上平行于所述α对准线的第三α光学路径行进的第三α光束；和
沿所述第二光学路径传输所述第二α光束和所述第三α光束作为第二输出光束；和
β光束分裂器集，其包括第一β光束分裂器模块和沿β对准线对准所述第一β光束分裂器模块的第二β光束分裂器模块，每个β光束分裂器模块被配置来：
接收所述第一输出光束或所述第二输出光束；
将所述接收的输出光束分裂成第一β分裂光束和第二β分裂光束；
沿所述接收的输出光束的所述光学路径传输所述第一β分裂光束；和
沿实质上与由所述β对准线和所述接收的输出光束的所述光学路径界定的平面正交的β光学路径引导所述第二β分裂光束。
10.根据权利要求9所述的系统，每个β光束分裂器模块被配置来通过以下步骤沿所述第一光学路径传输所述第一β分裂光束：
朝向目镜集中的目镜引导所述第一β分裂光束。
11.根据权利要求9所述的系统，其还包括图像撷取模块，所述图像撷取模块被配置来接收所述第二β分裂光束并从所述第二β分裂光束生成一个或多个图像。
12.一种系统，其包括：
α光束分裂器集，其包括第一α光束分裂器模块和沿α对准线对准所述第一α光束分裂器模块的第二α光束分裂器模块；
所述第一α光束分裂器模块被配置来：
接收沿第一光学路径行进的第一α光束；和
将所述第一α光束分裂成沿所述第一光学路径传输的第一输出光束和被实质上平行于所述α对准线引导的α分裂光束；且
所述第二α光束分裂器模块被配置来：
接收沿第二光学路径行进的第二α光束；
接收沿实质上平行于所述α对准线的第三α光学路径行进的第三α光束；和
沿所述第二光学路径传输所述第二α光束和所述第三α光束作为第二输出光束；和
β光束分裂器集，其包括第一β光束分裂器模块和沿β对准线对准所述第一β光束分裂器模块的第二β光束分裂器模块，每个β光束分裂器模块被配置来：
接收所述第一输出光束或所述第二输出光束；
接收沿实质上与由所述β对准线和所述接收的输出光束的所述光学路径界定的平面正交的β光学路径行进的第二β光束；
组合所述接收的输出光束和所述第二β光束以产生组合的光束；和
沿所述接收的输出光束的所述光学路径传输所述组合的光束。
13.根据权利要求12所述的系统，每个β光束分裂器模块被配置来通过以下步骤传输所述组合的光束：
朝向目镜集中的目镜引导所述组合的光束。
14.根据权利要求12所述的系统，每个β光束分裂器模块被配置来通过以下步骤组合所述接收的输出光束和所述第二β光束：
组合所述接收的输出光束和所述第二β光束以将所述第二β光束的一个或多个图像注射到所述第一接收的输出光束中。
15.根据权利要求12所述的系统，所述第二β光束接收自图像显示器。
16.根据权利要求12所述的系统，每个光束分裂器模块是在窄光谱范围中操作的。
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