CN108139579B - 具有至少两个有不同反射-透射比的分束表面的分束器装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于显微镜(2)、特别是立体显微镜的分束器装置(1)，以及一种显微镜成像方法，特别是立体显微镜成像方法。分束器装置(1)支撑至少两个分束表面(4、14)。至少两个分束表面(4、14)中的每一个具有不同的反射‑透射比。分束器装置(1)还包括光路(3、3a、3b)。至少两个分束表面(4、14)中的至少一个被构造成从第一操作位置(15)被移动到第二操作位置(16)，在第一操作位置(15)，至少两个分束表面(4、14)中的第一个(4)位于光路中，在第二操作位置(16)，至少两个分束表面(4、14)中的第二个(14)位于光路中。以该种构造，可以改变光路(3)在分束表面(4、14)后的的分支(3a、3b)中的可用光。特别有用的是，分支(3a、3b)之一指向被构造为接收摄像头的出射口(8)。通过将更多光指向摄像头出射口(8)，可以改善摄像头的图像质量。

Description

具有至少两个有不同反射-透射比的分束表面的分束器装置
技术领域
本发明涉及一种用于显微镜、特别是立体显微镜的分束器装置，一种包括这样的分束器装置的显微镜，以及一种显微镜成像方法。
背景技术
分束器装置在显微镜中用于多种目的。一个目的是使被观察物体的入射光的一部分转向到摄像头，特别是3D摄像头，同时允许例如通过双目镜管观察物体。
然而，在一些实例中，摄像头处可用的光不足以实现令人满意的图像质量。
发明内容
因此，本发明的目的是改进已知的分束器装置，从而可以使用摄像头的全图像质量而不损害通过例如双目镜管或单目镜管观察物体的能力。
该目的对于最初提到的分束器装置通过以下方式实现：分束器支承至少两个分束表面，至少两个分束表面中的每一个被构造成提供不同的反射-透射比，分束器装置还包括光路，至少两个分束表面中的至少一个被构造成从第一操作位置被移动到第二操作位置，其中，在第一操作位置时，至少两个分束表面中的第一个位于光路中，在第二操作位置时，至少两个分束表面中的第二个位于光路中。
对于开始提到的显微镜成像方法，该目的通过将光从被观察物体沿着光路引导至出射口来解决，其中出射口处可用的光通过将第二分束表面而非第一分束表面切换到光路中而被改变，其中第二分束表面相对第一分束表面具有不同的反射-透射比。
分束表面的通常被称作R:T的反射-透射比表示通过入射光的反射转向到光路的第一分支的光量以及多少入射光通过入射光的透射转向到光路的第二分支。光路的透射分支到达且穿过分束表面，而反射光限定了光路的分支，该分支在表面被反射且因此与透射部分分离。反射-透射比可假定R:T＝0:100到R:T＝100:0之间的任何值，R:T＝0:100意味着所有的入射光都被透射而没有光被反射，从而不存在光路的反射分支，R:T＝100:0意味着所有的入射光都被反射，从而仅存在由反射光限定的分支而没有源自透射光的光路的分支。其他典型值可以是R:T＝20:80、50:50或80:20。R:T＝20:80这个值意味着入射光的20％被分束表面反射而80％透射穿过分束表面。
由于分束器装置支撑具有不同反射-透射比的至少两个分束表面，因此通过单个分束器装置可以依据哪个分束表面被移入光路而在光路的反射和透射分支中实现各种相对光强。这允许充分利用例如布置在光路的一个分支中的摄像头系统。例如，如果仅仅存在非常弱的光照从而摄像头必须在非常低的光照条件下操作，可以将具有高反射率的表面切换到光路中，该表面可以将更多的光指向摄像头，从而增加通向摄像头的光路的分支中的强度。
通过以下各自独立且可以被独立地结合的有利特征，可以改进根据本发明的方案。
例如，有利的是，在第一操作位置时，第一分束表面位于光路中的一个位置，该位置是在第二操作位置时第二分束表面所在的位置。
一般来说，操作位置的数目应该对应于由分束器装置支撑的分束表面的数目。优选地，多个分束器表面中的每一个适于被移入光路中，优选地在当其他分束表面被移入光路时它所在的位置。在至少一个可用的操作位置，仅可能存在一个光路分支，而在至少一个其他操作位置，可能存在两个或多个光路分支。如果当前位于光路中的分束表面具有0:100或100:0的R:T比例，则仅可能存在一个光路分支。
至少一个分束表面被移入光路中所借助的运动可以是旋转或平移运动中的至少一个。至少一个分束表面可以被转出和/或转入光路，和/或至少一个分束表面可以被平移出/平移入光路。特别地，至少一个分束表面可以通过被旋转和平移被移出或移入光路。
例如，在第一操作位置，第一分束表面和第二分束表面中的至少一个可以相对于第二操作位置围绕旋转轴线旋转。旋转轴线可以被定向为平行于光路的至少一部分和/或垂直于光路的至少一部分，其中所述至少一部分位于当前在光路中的各自的分束表面之后。
至少两个分束表面可以位于单个光学元件上，光学元件优选为可移动的。这样的光学元件可以是镜子或分束器。附加地或替代地，至少两个分束表面可以位于不同的光学元件上，不同光学元件中的至少一个优选为可移动的。
例如，如果复合分束器被用作光学元件，其提供不同反射-透射比的两个表面可以被用作分束表面。特别地，在一个操作位置例如第一操作位置，复合分束器的内分束表面可以被移入光路以有效地将光路分离为两个分支或者允许全反射或全透射，而在其他操作位置，提供不同反射-透射比的复合分束器的外表面可以被移入光路。
将光学元件从一个操作位置切换到其他操作位置可以特别地包括其旋转和/或平移运动。
分束器装置可以被构造为光学单元，该光学单元可以被预装配成单个装配件，准备好被安装至显微镜的双目镜管。为此，分束器装置可以具有适于被附接到双目镜管的出射口。分束器装置可以包括适于被附接到摄像头优选3D摄像头的第二出射口。
由至少两个分束表面中的至少一个产生的光路的两个分支可以至少在各自的分束表面的出射口垂直于彼此定向。
通向用于摄像头的出射口的光路的分支可以长于、特别地整倍地长于通向用于双目镜管的出射口的光路。摄像头出射口可以相对于双目镜管以倾斜角度定向。考虑到以倾斜角度安装摄像头，分束器装置可以在光路的一个分支，特别是通向用于摄像头的出射口的分支中包括镜子。
光路的至少一部分，特别是通向用于摄像头的出射口的一部分，可以包括中继透镜系统。这样的中继透镜系统允许明确地影响用于出射口的光瞳的位置。该中继透镜系统允许在摄像头出射口产生图像，该摄像头出射口几乎没有渐晕。
代替中继透镜系统或者除了中继透镜系统，可以使用无焦变倍系统。这允许出射口处的放大系数的变化。
为了允许精确调焦，中继透镜系统和/或无焦变倍系统的透镜中的至少一个可以是可移动的。
分束器装置可以使得其所有部件集成到一个壳体内，从而可以改造现有的显微镜。
至少一个分束表面的、产生从第一操作位置到第二操作位置的切换的运动可以是手动操作的，例如通过纯机械工具产生的。开槽导向系统可以用于引导分束表面的运动。为了平稳操作，可以在分束器装置中提供机械致动器、电子致动器、或机电致动器，以将至少两个分束表面从一个操作位置移动到其他操作位置。
分束器装置还可以包括暗盒，至少两个分束表面可以被静止地附接到暗盒。该暗盒可以被分束器装置的框架可移动地支撑。为了操作暗盒，可以设有从分束器装置外可接近的操纵器。一经操作，操纵器可以将至少两个分束表面从第一位置切换到第二位置和/或从第二位置切换到第一位置。
结合出射口之一处的摄像头，特别有利的是，两个分束表面中的至少一个具有100:0或0:100的反射-透射比，使得来自被观察物体的所有入射光可以指向摄像头出射口。
根据前述实施例之一的分束器装置也可以被集成到显微镜中而不构成显微镜的单一部件。因此，本发明也涉及一种具有这样的分束器装置的显微镜。
以下，参照附图使用示例性实施例更详细地描述本发明。实施例中的各种特征可以如上所说明的自由组合。对于特定应用，如果不需要通过特定特征而实现的优势，则可以省略该特征。
附图说明
在附图中，同样的标号用于就其设计和/或功能而言彼此对应的元件。
图1示出了根据本发明的分束器装置的第一实施例在第一操作位置的剖视示意图。
图2示出了图1的实施例在第二操作位置的剖视示意图。
图3示出了根据本发明的分束器装置的第二实施例在第一操作位置的剖视示意图。
图4示出了图3的实施例在第二操作位置的剖视示意图。
图5示出了根据本发明的分束器装置又一实施例的一部分在第一操作位置的立体示意图。
图6示出了图5的实施例在第二操作位置的立体示意图。
具体实施方式
首先，参照图1和图2示出的实施例示例性地描述根据本发明的分束器装置的设计和功能。
从图1中可见，根据本发明的分束器装置1可以被构造为可以作为单个预装配部件被安装到显微镜2的单元，显微镜2仅由虚线示意性表示。
分束器装置1也可以被集成到显微镜中，而不作为分离的可安装的或不可安装的单元。
分束器装置1包括可以通过分束表面4被分离为两个分支3a、3b的光路3。在入射口5处，来自待观察物体O的入射光6进入分束器装置1并且撞击分束表面4。光路3的两个分支3a、3b在分束器装置1内分别指向两个出射口7、8。
分束表面4设有预先确定的反射-透射比R:T，该反射-透射比R:T表明相比于透射穿过表面4并被转向到光路3的分支3a的光量，有多少入射光6被转向到光路3的分支3b，分支3b产生于入射光6在表面4的反射。分束表面4的反射-透射比是固定的，但是可以在R:T＝0:100到R:T＝100:0之间的范围内，R:T＝0:100意味着所有的入射光6被透射、没有光被反射，R:T＝100:0意味着所有的入射光6被分束表面4反射、没有光被透射。
仅举例来说，通过分束表面4被透射的光路3的分支3a指向出射口7，出射口7可以适于接收显微镜2的双目镜管9。反射光11可以指向出射口8，出射口8可以适于接收摄像头。
特别地，分束器装置1可以适合于立体显微镜，使得光路3可以实际上包括两个观察光瞳，两个观察光瞳并排布置且两个观察光瞳的光轴彼此平行。以下图5和6的内容对其进行示例性详述。
在光路3的分支3b中，镜子12可以被布置为使得摄像头出射口8处的分支3b相对于另一出射口7处的分支3a和入射口5处的光路3中的至少一个倾斜少于90度的角度。
中继透镜系统13可以被布置在通向摄像头出射口8的光路3b中。透镜系统13可以是中继透镜系统以抵消渐晕，和/或是无焦变倍透镜以改变摄像头出射口8处可用的放大率。
仅举例来说，布置在图1中的光路3中的分束表面4是复合分束器。当然可以使用其他类型的分束器，例如偏振分束器、由半透明薄涂层产生的分束器、瑞士奶酪式(Swiss-cheese)分束器或双色反射棱镜。
分束器装置1包括至少又一个分束表面14，分束表面14具有与分束表面4不同的反射-透射比。分束器装置1可以包括超过两个不同的分束表面4，每一个分束表面具有不同的反射-透射比。
在图1示出的实施例中，在图1中没有位于光路3中的第二分束表面14可以提供100:0的反射-透射比。
分束表面4、14被可移动地支撑在分束器装置中，从而它们可以从图1中示出的第一操作位置15被移动到图2中示出的第二操作位置16。在第二操作位置16，分束表面14位于光路3中，分束表面4没有位于光路中。
同样，仅举例来说，从图1中示出的第一操作位置15到图2中示出的第二操作位置16的切换可以通过分束表面4、14中的至少一个，优选两个，围绕旋转轴线17的旋转来完成，旋转轴线垂直于光路3和其分支3a、3b。从第一位置15到第二位置16的运动可以手动完成或借助致动器(未示出)例如弹簧装置、螺线管或电机来完成。由于两个分束表面4、14的反射-透射比不同，指向出射口7和摄像头出射口8的光10、11的量在第一操作位置15较第二操作位置16有变化。
例如，在第二操作位置16，由于所有的光均被第二分束表面14反射，因此所有的光6指向摄像头出射口8。
在图2中示出的第二操作位置16，可用光全部用来产生摄像头图像，因此可以提高质量。
如果出射口7必须再次被使用，那么分束表面4、14从第二操作位置16被移回第一操作位置15。
如果超过两个分束表面被布置在分束器装置1中，可以例如通过进一步旋转分束器或通过附加的将更多的分束表面移入光路3中的平移运动来假设更多的操作位置。
第一分束表面4可以位于光学元件18(例如复合分束器)上，光学元件18与承载第二分束表面14的光学元件19分离，在图1和图2中光学元件19是镜子19的一部分。在可选的实施例中，两个表面4、14或者更多的表面也可以均位于单个光学元件中，例如形成复合分束器的两个不同表面。
至少两个分束表面4、14和/或各自的光学元件18、19从第一操作位置15向第二操作位置16的运动可以由分束表面4、14的旋转或平移运动的任何组合而产生，其中，在第一操作位置15，分束表面4、14中的一个被移入光路3，在第二操作位置16，分束表面4、14中的另一个被移入光路。
这由图3和图4中的分束器装置1来例证，图3示出了其在第一操作位置15，图4示出了其在第二操作位置16。
此外，分束器装置1包括至少两个分束表面4、14。在第一操作位置15，分束表面4位于光路6中，该分束表面具有不同于0:100和100:0的反射-透射比，从而光路3被分离为两个分支3a和3b。第二以及任何另外的分束表面14被移出光路3、3a和3b。如果需要与分束表面4提供的反射-透射比不同的反射-透射比，则可以启动操纵器(未示出)，例如旋钮或可移位的杆或可操作地连接到致动器(例如螺线管或电机)的电开关，以实现从图3的第一操作位置15向图4的第二操作位置16的切换。
在图3和图4的示例性实施例中，如箭头20所指示的，分束表面4被平移出光路3。同时，分束表面14通过平移运动21和旋转运动22的结合被移动。通过开槽导向系统可以以简单的方式实现这样的运动，其中分束表面4、14被引导。平移运动20、21的长度可以相同从而它们可以被机械地联接。旋转运动22可以在平移运动21结束时发生。
由于组合的运动20、21、22，分束表面4被移出光路且分束表面14被移入光路3。此外，分束表面14可以是具有100:0的反射-透射比的镜子，从而所有的入射光6作为反射光11朝向摄像头出射口8被反射。
当然，至少两个分束表面4、14的旋转和平移运动的任意其他组合是可能的。
至少两个分束表面4、14可以设在暗盒23上，暗盒23可以平移地和/或旋转地移动。在图5和图6中，示出了用作两个分束表面4、14载体的旋转的暗盒23。可以看出，光路3和其分支3a、3b实际上由两个平行的路径组成，两个平行的路径对应两个出射口7和8处的两个观察光瞳24、25。每个分束表面4、14的尺寸被设计为容纳在光学部分(光路)的分支3a侧的两个观察光瞳24和在光路3的分支3b处的两个观察光瞳25。
暗盒23被保持为围绕框架24的旋转轴线17可旋转的，框架24相对于显微镜静止。为了从图5的第一操作位置15切换到图6的第二操作位置，暗盒23仅围绕旋转轴线17旋转，在这种情况下，旋转轴线17可以与光路的至少一部分3、3a平行且与光路的另一部分3b垂直。
暗盒23被构造为在单个连续运动中相继地将不同的分束表面4、14移入和/或移出光路。例如，暗盒的旋转将分束表面4移出光路3并将另一分束表面14移入光路3。
此外，由于分束表面4、14具有不同的反射-透射比，通过从第二操作位置15切换到第二操作位置16，可以获得分支3a和3b之间不同的光强分布。
通过将暗盒23的旋转轴线17布置为与光路3的两部分3a和3b均垂直，可以很容易地修改图5和图6中示出的实施例。
为了容纳超过两个分束表面，暗盒被简单地扩展以覆盖较大的弧形，不同的分束表面沿着弧形被布置。
附图标记:
1. 分束器装置
2. 显微镜
3. 光路
3a、3b 光束分离后光路的分支
4. 第一分束表面
5. 入射口
6. 来自观察物体的入射光
7. (双目镜)出射口
8. (摄像头)出射口
9. 双目镜管
10. 透射光
11. 反射光
12. 通向(摄像头)出射口的光路中的镜子
13. 透镜系统，特别是中继透镜系统和/或无焦变倍透镜
14. 第二分束表面
15. 第一操作位置
16. 第二操作位置
17. 旋转轴线
18. 承载第一分束表面的光学元件
19. 承载第二分束表面的单独的光学元件
20. 指示(第一)分束表面的运动的箭头
21. 指示(第二)分束表面的平移运动的箭头
22. 指示(第二)分束表面的旋转运动的箭头
23. 保持至少两个分束表面的暗盒
24. 用于保持暗盒的框架
O 待观察物体。

Claims (14)

1.一种用于显微镜(2)的支撑至少两个分束表面(4、14)的分束器装置(1)，至少两个分束表面(4、14)中的每一个被构造为提供不同的反射-透射比，分束器装置(1)还包括光路(3、3a、3b)，至少两个分束表面(4、14)中的至少一个被构造为从第一操作位置(15)被移动到第二操作位置(16)，在第一操作位置(15)，至少两个分束表面(4、14)中的第一个(4)位于光路(3)中，在第二操作位置(16)，至少两个分束表面(4、14)中的第二个(14)位于光路(3)中，
其中在第二操作位置(16)，至少两个分束表面(4、14)相对于第一操作位置(15)围绕旋转轴线(17)旋转，并且旋转轴线(17)垂直于光路(3、3a、3b)。
2.根据权利要求1的分束器装置(1)，其中，在第一操作位置(15)，第一分束表面(4)位于光路(3)中的、在第二操作位置(16)时第二分束表面(14)所在的位置。
3.根据权利要求1或2的分束器装置(1)，其中，在第一操作位置(15)，光路(3)被分成至少两个分支(3a、3b)，在第二操作位置(16)，只保持光路(3)的一个分支(3b)。
4.根据权利要求1或2的分束器装置(1)，其中至少两个分束表面(4、14)位于单个、可移动的光学元件(18)上。
5.根据权利要求1或2的分束器装置(1)，其中，至少两个分束表面(4、14)位于不同的光学元件(18、19)上。
6.根据权利要求1或2的分束器装置(1)，还包括暗盒(23)，至少两个分束表面(4、14)被附接到暗盒(23)上，暗盒(23)被框架(24)可移动地支撑且被连接到操纵器，从分束器装置(1)外可接近操纵器，一经操作，操纵器将至少两个分束表面(4、14)从第一位置切换到第二位置和/或从第二位置切换到第一位置。
7.根据权利要求1或2的分束器装置(1)，其中，在光路的至少一个分支(3b)中布置中继透镜系统(13)。
8.根据权利要求1或2的分束器装置(1)，其中，在光路(3)的至少一个分支(3b)中布置无焦变倍透镜(13)。
9.根据权利要求8的分束器装置(1)，其中，至少一个透镜被保持为可移位的，以在分束器装置(1)中聚焦。
10.根据权利要求1或2的分束器装置(1)，其中，光路(3)的一个分支(3b)指向出射口(8)，出射口(8)被构造成接收摄像头。
11.根据权利要求1或2的分束器装置(1)，其中，至少两个分束表面(4、14)中的第二个(14)具有100：0的反射-透射比。
12.一种显微镜(2)，包括根据权利要求1到11中任一项的分束器装置(1)。
13.根据权利要求12的显微镜(2)，其中显微镜(2)是立体显微镜。
14.一种如权利要求1所述的用于显微镜(2)的支撑至少两个分束表面(4、14)的分束器装置(1)在所述显微镜(2)中的显微镜成像方法，其中，来自观察物体(O)的光(6)沿着光路(3、3a、3b)指向至少两个出射口(7、8)，其中出射口(7、8)处可用的光(10、11)通过将第二分束表面(14)而非第一分束表面(4)切换到光路(3)中被改变，第一分束表面(4)和第二分束表面(14)具有不同的反射-透射比，其中第一分束表面(4)和第二分束表面(14)能够围绕旋转轴线(17)旋转，并且旋转轴线(17)垂直于光路(3、3a、3b)。
CN201680057068.0A 2015-10-14 2016-10-14 具有至少两个有不同反射-透射比的分束表面的分束器装置 Active CN108139579B (zh)

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