CN109313317A - 可互换光学模块和包括其的显微设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于显微或内窥设备，特别是用于荧光显微镜的可互换光学模块(1)。该模块(1)包括至少一个光学元件(2)，例如分束器(3)；至少一个光束路径(B1、B2)，其中布置有至少一个光学元件(2)；以及至少一个滤光器(5)，其布置在至少一个光束路径(B1、B2)中。本发明还涉及一种显微设备，其包括至少一个容器，用于接收至少一个根据本发明的可互换光学模块(1)。为了在一个设备中允许不同的测量技术并且容易地改变设置，根据本发明意图的是，光学模块(1)还包括至少一个折射元件(7)，其布置在至少一个光束路径(B1、B2)中。

Description

可互换光学模块和包括其的显微设备
技术领域
本发明涉及一种用于显微或内窥设备(例如荧光显微镜)的可互换光学模块，该模块包括至少一个光学元件(例如分束器)；至少一个光束路径，其中布置有至少一个光学元件；以及至少一个滤光器，其布置在至少一个光束路径中。本发明还涉及一种显微设备，其包括至少一个容器，用于接收至少一个根据本发明的可互换光学模块。
背景技术
现代光学设备，诸如显微镜或内窥镜，特别是荧光显微镜或内窥镜，利用各种先进的光学技术。然而，这些技术非常不同并且均需要对显微或内窥设备进行重大调整。即使使用相同的技术，但由于不同的光学特性，例如不同的光谱范围，也可能难以在相同光学仪器中应用这些特性。
发明内容
因此，本发明的目的是克服这些缺点并且便于显微或内窥设备的调整，以在单个显微或内窥设备中使用不同的光学技术和/或特性。
对于如开头所述的可互换光学模块，实现该目的是因为可互换光学模块还包括至少一个折射元件，其布置在至少一个光束路径中。
对于如开头所述的显微设备，实现该目的是因为该设备包括至少一个容器，用于接收至少一个根据本发明的可互换光学模块。
根据本发明的解决方案具有优于现有技术的几个优点并且解决了上述问题。可互换光学模块包括至少一个折射元件，例如透镜，其允许采用模块的到显微或内窥设备的至少一个光束路径。因此，该解决方案允许包括直接在可互换光学模块内部应用光学技术所需的光学元件。这扩大了可应用于显微设备中的光学技术的范围。在模块中包括光学元件允许容易地反复更换模块，特别是由没有经过特殊培训的人员且无需特殊工具地进行更换。
在下文中，描述了本发明的进一步改进。根据在特定应用中是否需要特殊改进的特殊优点，可以彼此独立地组合附加改进。
根据第一有利改进，光学元件可以是分束器。在这种情况下，可互换模块可以特别用于荧光显微术和其他需要存在分束器的先进技术。然而，本发明不限于将分束器作为第一光学元件。仅举例来说，光学元件也可以是反射镜。
根据另一个有利的改进，可互换光学模块可以包括功能性地耦合至光学元件的三个滤光器，即，一个入口滤光器和两个出口滤光器。这在光学元件是分束器的情况下特别有益。当模块插入设备中时，出口滤光器可以是通向相机的光束路径的一部分。这些滤光器中的每一个都可以耦合至折射元件。该滤光器布置允许将光学模块用于现代荧光技术，诸如超分辨率显微术，例如受激发射损耗(STED)显微术。
所述模块还可以包括安装结构，至少一个光学元件、至少一个滤光器和至少一个折射元件附接至该安装结构。安装结构可以携带这些光学部件并且可以确保它们在模块内部彼此的相对位置。因此，安装结构可以使得具有其包括的光学部件的可互换光学模块可以作为单件操作。
根据安装结构的有利改进，安装结构可以是笼子，其包括至少一个光学元件、至少一个滤光器和至少一个折射元件。笼子可以保护内部的这些光学部件，并且还可以包括壳体状的壁部分，这些壁部分允许安全地操作模块而不会有操作者手或工具接触任何光学部件的风险。当然，笼子可以提供开口，其打开模块的所有必要的光束路径。
为了便于将可互换光学模块插入设备中，安装结构可以包括至少一个引导元件，用于在连接到显微或内窥设备期间沿着插入路径引导模块。根据进一步的改进，至少一个引导元件还可以适于方便模块在设备中的定位。例如，至少一个引导元件可以沿着插入方向逐渐变细。
至少一个引导元件可以由至少一个导轨形成。因此，至少一个引导元件可以通过简单但可靠的结构形成。
为了模块的容易插入，插入路径可以垂直于模块中的至少一个光束路径布置。
可互换光学模块还可以包括至少一个定位元件，其允许模块在显微设备中的位置相对于显微设备对准。这种元件例如可以是螺丝或致动器。
根据另一个有利的改进，所述模块可以包括至少一个另外的光学元件，用于至少一个另外的光束路径，其不穿过所述至少一个光学元件，例如分束器。另外的光束路径可以扩大可能的应用范围。例如，另外的光束路径可以是照明路径，尤其是用于荧光显微术。另外的光束路径还可以包括至少一个滤光器和/或至少一个折射元件。另外的光束路径还可以包括应用某种技术可能需要的附加光学元件。在至少一个另外的光束路径是照明路径的情况下，例如对于荧光显微术，模块可以包括光学元件的布置，其允许照明光不受干扰地通过另外的光束路径，但是其通过至少一个滤光器阻挡照明光的波长，所述至少一个滤光器连接到至少一个分束器。还应当注意，可能存在附加的另外的光束路径，对此，模块可以携带附加的光学元件。
光束路径和/或另外的光束路径可以包括光学部件，诸如传感器，例如CCD、CMOS或光电二极管。此外，光束路径中的至少一个可以包括或可以耦合到光谱仪，其中耦合可以通过光导纤维建立。
根据本发明的可互换光学模块，特别是当存在多于一个光束路径时，可以应用于各种先进的光学技术，例如荧光-荧光，其中使用多个荧光团和/或两个或更多光谱带；反射-荧光，其中荧光显微术的一个或多个光谱带与彩色反射显微术结合使用；以及反射-反射，其中组合两个或更多反射图像。当然，本发明不限于上述技术。对于使用的所有技术，模块可以携带必要的光学元件。如果必要的话，模块可以包括偏光器、玻璃基板、致动器、光敏传感器和/或光圈。
该模块还可以包括至少一个数据存储介质。数据存储介质可以携带关于模块和/或模块中的光学元件的识别信息。还可以提供关于模块和/或光学元件的校准数据或其他必要信息。在数据存储介质中提供的信息可以例如用于自动地使显微设备适应模块。因此，可以避免由技术上受训的人员进行的费力的校准过程。
为了容易地访问存储在至少一个数据存储介质上的信息，至少一个数据存储介质可以适于能够从模块外部访问。这可以通过从模块外部可访问的电连接器轻松实现。访问数据存储介质的另一种可行方式可以是使用无线技术，例如RFID或其他合适的技术。
根据另一个有利的改进，模块的至少一个光学部件可以是可调谐的。这种改进可以允许调整模块中的光学设置或者在测量期间改变光学特性。为了控制至少一个光学部件的调谐，可互换光学模块可以包括连接元件，例如电连接器或无线发射器。这些连接元件可以与显微设备通信或者与外部控制单元(例如计算机)通信。
光学部件中的至少一个的位置可以是可调节的，以使部件相对于彼此对准。例如，至少一个折射元件沿着其光轴是可移动的。
开头所述的显微设备可以进一步改进，使得该设备包括至少一个互补的引导元件，其适于与光学模块的至少一个引导元件相互作用。在将模块插入设备期间，互补的引导元件与模块的引导元件可以相互作用，使得模块被引导朝向工作位置。此外，至少一个互补的引导元件可以适于在插入期间定位模块。例如，该设备可以包括用于闩锁机构的锁定件，其允许将模块定位在工作位置。
为了与根据本发明的模块的至少一个数据载体单元相互作用，该设备可以包括至少一个数据处理系统，该系统可连接至光学模块的至少一个数据存储介质和/或至少一个可调谐的光学元件。
为了提供能够使用不同光学技术进行测量或利用不同的光谱范围进行测量的显微设备，该设备还可以包括具有不同光学特性的至少两个可互换光学模块。
在下文中，使用示例性实施例并参考附图更详细地描述了本发明及其改进。如上所述，实施例中示出的各种特征可以在特定应用中彼此独立地使用。
附图说明
在以下附图中，具有相同功能和/或相同结构的元件将用相同的附图标记表示。
在附图中：
图1示出了根据本发明的可互换光学模块的光学元件；和
图2是用于携带如图1所示的一组光学元件的笼状安装结构。
具体实施方式
在下文中，参照图1和2描述根据本发明的可互换光学模块1。为简洁起见，可互换光学模块1在下文中称为模块1。
模块1包括光学元件2。仅作为示例，所示实施例中的光学元件2是分束器3。
模块1还包括三个滤光器5，它们功能性地耦合至分束器3。一个滤光器5a用作入口滤光器5a，而滤光器5b和5c用作分束器3的出口滤光器5b和5c。
例如，入口滤光器5a可以用于在入射光到达分束器3之前选择入射光(由箭头L1表示)的光谱范围。出口滤光器5b和5c可以用于选择离开分束器3的出射光(由箭头L2和L3表示)的光谱范围。出射光L2和L3可以指向两个相机(未示出)。
模块1包括三个折射元件7，每个折射元件7由透镜9形成。折射元件7布置成使得每个滤光器5耦合到一个折射元件7。详细地，一个折射元件7a布置成使得入射光L1通过折射元件7a到达入口滤光器5a。出射光L2通过折射元件7b离开出口滤光器5b，并且出射光L3通过折射元件7c离开出口滤光器5c。
存在两个光束路径B1和B2，它们与分束器3相交。光束路径B1跟随箭头L1和L2，光束路径B2跟随箭头L1和L3。
光束路径B1与折射元件7a、入口滤光器5a、分束器3、出口滤光器5b和折射元件7b相交。光束路径B2与折射元件7a、入口滤光器5a、分束器3、出口滤光器5c和折射元件7c相交。
模块1包括另外的光学元件11。仅作为示例，另外的光学元件11形成为照明滤光器13。这种设置可适用于多光谱荧光或反射成像显微术。另外的光束路径B3延伸穿过照明滤光器13。如已经提到的，在适用的情况下可以存在附加的光束路径(未示出)。
模块1中的光学元件可以是可调谐的。例如，滤光器5可以是可调谐的滤光器。当然，模块1还可以包括另外的光学元件，例如偏光器、基板、光圈，其也是可调谐的。
模块1包括安装结构15。如图1所示的光学元件优选附接至安装结构15，使得它们彼此的相对位置是固定的。
优选地，安装结构15由笼子17形成。笼子17可以保护布置在内部的光学元件。笼子17可以形成壳体19，其至少部分地围绕模块1中的光学元件。可以存在开口21以允许光进入和离开模块1。
安装结构15包括引导元件23，用于在连接至显微或内窥镜设备期间沿着插入路径(由箭头I指示)引导模块1。引导元件23优选地由导轨25形成。
导轨25可以具有整体的线性形状。替代地，导轨25可以具有曲率。导轨25的形状取决于设备(未示出)中相对的引导元件，这些引导元件旨在与引导元件23相互作用。
为了将模块1容易地安装在设备中，插入路径I垂直于光束路径B1、B2和B3布置。
优选地，模块1包括至少一个数据存储介质27，其可以附接至安装结构15。数据存储介质27可以包含关于模块1中的光学元件的信息。例如，数据存储介质27可以包括识别信息，例如光学元件或模块1的零件号。还可以在数据存储介质27中提供另外的信息，例如分析通过使用模块1获得的实验数据可能需要的校准数据。
数据存储介质27能够从模块1的外部访问。如图2所示，数据存储介质27可以设置有电连接器29。通过电连接器29，当模块1插在设备中时，可以访问存储在数据存储介质27中的数据。替代地，模块1可以包括数据存储介质27，其能够在不需要电连接器29的情况下访问，例如通过无线技术，诸如RFID等。
参考标记
1 可互换光学模块
2 光学元件
3 分束器
5 滤光器
5a 入口滤光器
5b、5c 出口滤光器
7 折射元件
7a 折射元件
7b 折射元件
7c 折射元件
9 透镜
11 另外的光学元件
13 照明滤光器
15 安装结构
17 笼子
19 壳体
21 开口
23 引导元件
25 导轨
27 数据存储介质
29 电连接器
B1、B2 光束路径
B3 另外的光束路径
I 插入路径
L1 入射光
L2、L3 出射光

Claims (15)

1.一种用于显微或内窥设备的可互换光学模块(1)，所述设备例如是荧光显微镜，所述模块(1)包括至少一个光学元件(2)，例如分束器(3)；至少一个光束路径(B1、B2)，在所述至少一个光束路径中布置有所述至少一个光学元件(2)；以及至少一个滤光器(5)，所述至少一个滤光器布置在所述至少一个光束路径(B1、B2)中，其特征在于，所述光学模块(1)还包括至少一个折射元件(7)，所述至少一个折射元件布置在所述至少一个光束路径(B1、B2)中。
2.根据权利要求1所述的可互换光学模块(1)，其特征在于，所述模块(1)还包括安装结构(15)，所述至少一个光学元件(2)、所述至少一个滤光器(5)和所述至少一个折射元件(7)附接至所述安装结构(15)。
3.根据权利要求2所述的可互换光学模块(1)，其特征在于，所述安装结构(15)是笼子(17)，所述笼子(17)包括所述至少一个光学元件(2)、所述至少一个滤光器(5)和所述至少一个折射元件(7)。
4.根据权利要求2或3所述的可互换光学模块(1)，其特征在于，所述安装结构(15)包括至少一个引导元件(23)，用于在连接至所述显微或内窥设备期间沿着插入路径(I)引导所述模块(1)。
5.根据权利要求4所述的可互换光学模块(1)，其特征在于，所述至少一个引导元件(23)由至少一个导轨(25)形成。
6.根据权利要求4或5所述的可互换光学模块(1)，其特征在于，所述插入路径(I)布置成垂直于所述模块(1)中的所述至少一个光束路径(B1、B2)。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的可互换光学模块(1)，其特征在于，所述模块(1)包括用于至少一个另外的光束路径(B3)的至少一个另外的光学元件(11)，所述至少一个另外的光束路径(B3)不同于所述至少一个光束路径(B1、B2)。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的可互换光学模块(1)，其特征在于，所述模块(1)还包括至少一个数据存储介质(27)。
9.根据权利要求8所述的可互换光学模块(1)，其特征在于，所述至少一个数据存储介质(27)适于能够从所述模块(1)外部访问。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的可互换光学模块(1)，其特征在于，所述模块(1)的至少一个光学部件(2、3、5、7)是可调谐的。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的可互换光学模块(1)，其特征在于，所述模块(1)的至少一个光束路径(B1、B2)包括附加的光学元件。
12.一种显微设备，包括至少一个容器，用于接收至少一个根据权利要求1至11中任一项所述的可互换光学模块(1)。
13.根据权利要求12所述的显微设备，其特征在于，所述设备包括至少一个互补的引导元件，其适于与所述光学模块(1)的至少一个引导元件(23)相互作用。
14.根据权利要求12或13所述的显微设备，其特征在于，所述设备包括至少一个数据处理系统，所述数据处理系统可连接至所述光学模块(1)的至少一个数据存储介质(27)。
15.根据权利要求12至14中任一项所述的显微设备，其特征在于，所述设备还包括具有不同光学特性的至少两个可互换光学模块(1)。
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