CN204631354U - 光路切换装置 - Google Patents

Abstract

一种光路切换装置，包括光输入口，光输出口，第一光学组件，该第一光学组件接收来自所述光输入口的入射光并且将所述入射光的全部或者经选择的一部分投向光路组件，所述光路组件包括多个光路；和第二光学组件，该第二光学组件接收来自所述光路组件的光，并将所述光投向所述光输出口；所述第二光学组件包括：可旋转轴，所述可旋转轴包括布置在所述可旋转轴上的多个反射镜，所述多个反射镜分别布置在所述可旋转轴的沿轴线方向上的不同位置处，并且当沿着所述可旋转轴的轴线方向观察时，所述多个反射镜的镜面法线方向各不相同。

Description

光路切换装置

技术领域

本实用新型涉及一种光路切换装置，其可用于包括光学显微镜在内的各种光学仪器中，以实现不同光路之间的快速切换。

背景技术

光路切换装置被广泛用于各种光学仪器中，用于选择以及切换光路。例如，光路切换装置在用于显微镜时可以用于调节显微镜的放大倍数。目前为止，已经提出多种光路切换装置。例如，DE 10336890 A1、WO 2007134698 A1以及US 2012/0243081 A1等。

对于现有的光路切换装置通常采用如下的方式实现光路切换，即整个光路切换装置发生移动或转动，进而带动可实现目标光路变化(例如获得目标放大倍数)的光学元件移动并插入光路，随后该光路切换装置被重新以机械方式固定。现有的光路切换装置经过多次操作之后，会使得整个装置的复位精度降低、光束偏移增大，进而降低整个光学仪器的光学性能。此外，通过移动或旋转光路切换装置进入固定光路(尤其在电动切换时)，将对整个光学仪器产生动量或扭矩；特别是在快速光路切换时，将会使整个光学仪器发生振动或偏移。

实用新型内容

为了解决现有技术中存在的前述问题中的至少一者，本实用新型提出一种新的光路切换装置，所述光路切换装置包括：光输入口，光输出口，第一光学组件，该第一光学组件接收来自所述光输入口的入射光并且将所述入射光的全部或者经选择的一部分投向光路组件，所述光路组件包括多 个光路；和第二光学组件，该第二光学组件接收来自所述光路组件的光，并将所述光投向所述光输出口；所述第二光学组件包括：可旋转轴，所述可旋转轴包括布置在所述可旋转轴上的多个反射镜，所述多个反射镜分别布置在所述可旋转轴的沿轴线方向上的不同位置处，并且当沿着所述可旋转轴的轴线方向观察时，所述多个反射镜的镜面法线方向各不相同。

借助上述构造，本实用新型的光路切换装置仅通过旋转可旋转轴即可实现多个不同光路之间的切换，而无需转动或移动整个光路切换装置。基于上述构造，本实用新型的光路切换装置中的所有透镜都被安装在固定位置，从而不会因更换位置的需要而形成尺寸公差或者因位置更换而导致光束偏移，从整体上使得其光学性能得到改进。此外，由于仅有可旋转轴发生旋转，其旋转时所产生的力矩也非常有限，因此即使是在非常快速的光路切换时也能保证包含有该光路切换装置的整个光学仪器的操作稳定性。

多个反射镜可以安装在所述可旋转轴上。可选地或附加地，可旋转轴可以是具有旋转轴线并包括多个反射镜的整体部件。

优选的是，第一光学组件可包括沿光输入口的入射光方向布置的一个或多个分光器和/或一个或多个反射镜。

此外，优选的是，所述第二光学组件还可包括电动机，其中，所述旋转轴与所述电动机相联接并且能够被所述电动机驱动旋转。

因此，第一光学组件中的分光器能够将入射光分成多束并引导至各个光路，进而由可旋转轴选择性地反射其中的一个光束，而其他未反射的光束则不会射出。该构造使得整个光路切换装置仅需设置一个电动机带动一个可旋转轴即可实现光路切换，这有利于保证光路切换装置的低成本。同时，由于各个固定的光路能够严格保证入射到可旋转轴上的光束不发生偏移，而可旋转轴自身也能够容易地实现精确的旋转定位，因此也有利于保证光路切换装置的良好光学性能。

在本实用新型中，优选的是，光路的数量和反射镜的数量相等。也就是说，当多个光路的数量为M、第二光学组件的可旋转轴上的多个反射镜的数量为N或2N时，M＝N。这样的设置有有利于形成光路和反射镜形 成一对一的关系，不致浪费形成光路的光学器件以及反射镜。

本实用新型优选将可旋转轴上的反射镜布置成沿轴向均匀分布，即沿所述轴线方向观察时，任何相邻两个反射镜的法线方向的夹角为360°/N。该构造使得可旋转轴的质量相对于旋转轴线对称分布，从而有利于避免可旋转轴在其旋转时产生偏心力。

对于多个反射镜沿旋转轴轴线方向的布置，本实用新型优选将这些反射镜设置成沿所述旋转轴的轴线方向等距离分布。这样的设计有利于加工可旋转轴，并且有利于可旋转轴之间的配合以及互换。

作为本实用新型的另一种优选方案，第一光学组件可具有与第二光学组件相同的反射镜构造，所述第一光学组件的多个反射镜之一将入射光反射至所述多个光路的其中之一，所述第二光学组件的相应反射镜将来自所述多个光路的其中之一的光反射至光输出口。

其中，第一光学组件和第二光学组件可以镜像对称地布置，也可以大致中心对称地布置；并且优选第一光学组件的可旋转轴和第二光学组件的可旋转轴的旋转方向相反。

具体而言，第一光学组件包括另一可旋转轴，所述另一可旋转轴包括布置在所述另一可旋转轴上的多个反射镜，所述多个反射镜分别布置在所述另一可旋转轴的沿轴线方向上的不同位置处，并且当沿着所述另一可旋转轴的轴线方向观察时，所述多个反射镜的镜面法线方向各不相同。

在第一光学组件也包括所述可旋转轴的情况下，该可旋转轴上的反射镜之一反射的光能够通过多个光路之一投射到第二光学组件的反射镜之一，进而被反射至光输出口。

该构造的有利之处在于，位于光路中的透镜等光学元件在装配和调试后始终处于固定的位置，没有必要为了改变光路的光学特性例如放大倍率而使用机械和电子元件来移动透镜或者透镜组，例如将透镜置入或者移出光路或为了变焦而移动透镜，从而光学仪器的精度得以保持。另外，旋转方向相反的两根可旋转轴能够在光路切换时产生相互抵消的转矩，从而使得光路切换装置整体在光路切换时表现为零转矩，这一点在快速切换时特 别有利。

类似地，多个反射镜可以安装在第一光学组件的可旋转轴上。可选地或附加地，第一光学组件的可旋转轴也可以是具有旋转轴线并包括多个反射镜的整体部件。

附图说明

从下面借助于附图作为非限定示例给出的说明中可以清楚地看到本实用新型的特征，其中：

图1示出了根据本实用新型的光路切换装置的第一实施方式。

图2A-2D示出了图1所示的光路切换装置的各切换状态。

图3示出了根据本实用新型的光路切换装置的第二实施方式。

图4示出了根据本实用新型的光路切换装置的第三实施方式。

图5A-5D示出了图4所示的光路切换装置的各切换状态。

图6示出了根据本实用新型的光路切换装置的第四实施方式。

附图标记列表：

100    光输入口

200    光输出口

1      第一光学组件

10     第一分光器

11     第二分光器

12     第三分光器

13     末位反射镜

14     第二电动机

15     第二可旋转轴

16     第五反射镜

17     第六反射镜

18     第七反射镜

19     第八反射镜

2      第二光学组件

21     电动机

22     第一可旋转轴

23     第一反射镜

24     第二反射镜

25     第三反射镜

26     第四反射镜

3      光路组件

31     第一光路

32     第二光路

33     第三光路

34     第四光路

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的示例性实施例。文中描述的和附图示出的示例性实施例旨在教导本实用新型的原理，使本领域技术人员能够在不同的环境中以及根据不同的应用实施和使用本实用新型。因此，示例性实施例并不意在、并且不应该被认为是对专利保护的范围的限制性描述。相反，专利保护的范围由所附的权利要求来限定。

图1示意性地示出了根据本实用新型的第一实施方式构造的光路切换装置。该光路切换装置典型地具有光输入口(例如可以是物镜组件)100和光输出口(例如可以是目镜组件)200，分别用于向光学仪器发射输入光和从光学仪器接收输出光(例如输出至照相机芯片)。本文中所提到的“上游”和“前”，以及“下游”和“后”均根据光线从光输入口至光输出口的传输方向而定。

在光输入口100的下游，即该光输入口之后，设置有第一光学组件1。该第一光学组件1接收来自所述光输入口的入射光，并且将入射光改变方 向且向后传播。在本实施方式中，该第一光学组件1包括第一分光器10、第二分光器11、第三分光器12以及末位反射镜13，这些分光器和反射镜的组合将来自光输入口100的入射光分成四个光束向后传播。

在该第一光学组件1之后设置有光路组件3，其包括第一光路31、第二光路32、第三光路33和第四光路34。各光路可以彼此不同地由各种光学元件构成，甚至可以不设置任何光学元件而仅提供光线传输所需的空间。鉴于各光路可以由本领域普通技术人员根据所需实现的功能而容易地确定，本实用新型在此不再赘述。需要说明的是，在本实用新型中，各光路在光路切换装置和光学仪器中的位置优选是固定不变的。

通过各光路的光被传输至第二光学组件2。该第二光学组件2包括作为驱动装置的电动机21和被该电动机驱动的可旋转轴(下文中也称为“第一可旋转轴”)22，其中可旋转轴与电动机相联接并且能够被所述电动机驱动旋转，在该旋转轴上安装有四个反射镜，即第一反射镜23、第二反射镜24、第三反射镜25、第四反射镜26。为了能够唯一地反射来自光路组件3的光，四个反射镜被安装在旋转轴的沿轴线方向上的对应于第一至第四光路31-34的输出光发射的不同位置处；并且当沿着所述旋转轴22的轴线方向观察时，这四个反射镜的镜面法线方向也各不相同，沿圆周呈均布状，即相邻法线的夹角为90度。这样，在本实施方式中，尽管来自光路组件3的四束光均入射到旋转轴22，但是由于只有一个镜子能够处于能够将光束反射至光输出口200的位置，因此可以实现择一地反射光束至光输出口。

图2A至2D示出了实现光路切换中的各状态。其中，图2A示出了第一状态，在此状态下，入射光经由第一光学组件1的第一分光器10、第二分光器11、第三分光器12和末位反射镜13被分别引入到光路组件3的第一光路31、第二光路32、第三光路33和第四光路34。各光束在离开光路组件3之后入射到第二光学组件2。如图所示，由于第二光学组件2只有第一反射镜23处于来自第一光路31的光束的传输路径上，因此只有该第一反射镜能将该光束反射向光输出口200；而其他反射镜均处于无法反射光束的位置。

当电动机21旋转并且带动旋转轴22及其上的各反射镜一起(例如沿旋转轴22的轴线方向俯视观察时沿顺时针方向)旋转90度之后，进入如图2B所示的第二状态。此时，第三反射镜25处于来自第三光路33的光束的传输路径上，并且将该光束反射向光输出口200。此时，其他反射镜处于不能反射光束的位置。本领域技术人员也容易想到，旋转轴转动n*360+90度(n为任意自然数)，也可以实现从第一状态到第二状态的光路切换，并且此情况也可用于其他实施方式中关于旋转轴的90度旋转。

当旋转轴22从图2B的位置继续转动经过90度之后，进入如图2C所示的第三状态。此时，第四反射镜26处于来自第四光路34的光束的传输路径中，因此反射该光束至光输出口200。此时，其他反射镜皆不反射光束。

图2D是图2C中的旋转轴继续转动90度之后的第四状态，其中第二反射镜24处于来自第二光路32的光束的传输路径中，因此其反射该光束至光输出口200。同样，此时其他反射镜皆不反射光束。

作为替代实施方式，本实用新型中的可旋转轴可以具有其他数目的反射镜，相应地，第一光学组件中的分光器的数量和光路组件中的光路数量也要相匹配地变化，这是本领域技术人员根据本实用新型容易想到的。

此外，作为可行的替代实施方式，可以用能够被操作者手动操作的旋钮来替代电动机。

关于各反射镜在可旋转轴的轴线方向的布置，优选采用均匀分布的方式。但本领域技术人员也可以采取非均匀分布的方式，只要与之前的光路相匹配即可。关于反射镜在可旋转轴的周向上的布置，也优选采用均匀分布的方式，即沿所述轴线方向观察时，任何相邻反射镜的法线向量的夹角均相等，这样有利于避免可旋转轴在其旋转时产生偏心力。此外，带有反射镜的旋转轴的质量分布可以被设计成以旋转轴的轴心为重心，这样旋转轴在旋转时可以围绕其旋转轴心被平衡。如果有必要，必要的配重可以被增加到旋转轴上，可以通过改变旋转轴的形状增加配重，也可以将独立的配重块附加到旋转轴上。旋转轴和其上的反射镜也可以采用一体化设计。

此外，光路组件3的第一至第四光路优选位于与可旋转轴22的轴线相平行的同一平面内，这样有助于来自这些光路的光束能够沿可旋转轴22的同一径向方向入射到旋转轴22的对应各反射镜的位置。

图3示意性地示出了根据本实用新型的第二实施方式构造的光路切换装置。与第一实施方式相比，该实施方式的不同之处在于：电动机21处于旋转轴22的相反一端，并且各反射镜将来自光路组件3的光束沿相反方向反射至光输出口200，该光输出口位于该光路切换装置的与光输入口100相反的一侧。该第二实施方式的光路切换装置的操作与第一实施方式是类似的，在此不再赘述。

图4示意性地示出了根据本实用新型的第三实施方式构造的光路切换装置。在该实施方式中，第一光学组件1也采用了前述的可旋转轴构造。该第一光学组件1包括第二电动机14和第二可旋转轴15，其中在该第二可旋转轴上布置有第五反射镜16、第六反射镜17、第七反射镜18和第八反射镜19。该第一光学组件1中的各反射镜16-19的位置与第二光学组件2中的各反射镜23-26的位置相对应，以便同时使位置对应的一对反射镜处于一个光束传播路径上。光路组件3位于第一光学组件1和第二光学组件2之间，各光路用于在对应的反射镜之间实现光束传播。

在本实施方式中，第一光学组件1的可旋转轴及其反射镜的位置、旋转方式和构造与第一实施方式中的第二光学组件的可旋转轴相同，只要可以通过旋转两个可旋转轴以使一对位置对应的反射镜在一个光束传播路径反射一个光束通过中间的光路组件并到达光输出口200。举例来说，第五反射镜16和反射镜23位置对应，被第五反射镜16和反射镜23反射的光束通过光路31并到达光输出口200。其他位置对应的反射镜和位于中间的光路的情况相同。

优选地，在本实施方式中，第一光学组件1的第二电动机14和第二光学组件2的电动机21以相反的方向旋转，并带动各自的可旋转轴旋转。这两个电动机位于光路切换装置的同一侧，而光输入口和光输出口则位于该光路切换装置的相反一侧。

图5A至5D示出了第三实施方式中的光路切换装置实现光路切换的各状态。其中，图5A示出了第一状态，在此状态下，第一光学组件1的第五反射镜16、光路组件3的第一光路31、以及第二光学组件2的第一反射镜23处于来自光输入口100的入射光的传输路径上，因此入射光沿此路径传输至光输出口200。

由图5A所示的第一状态开始，第一光学组件1的第二电动机14和第二光学组件2的电动机21带动各自的可旋转轴分别沿相反方向(例如，沿轴线方向俯视观察时，第二可旋转轴15沿逆时针方向而第一可旋转轴22沿顺时针方向)旋转90度之后，光路切换装置进入如图5B所示的第二状态。在此状态下，第一光学组件1的第七反射镜18、光路组件3的第三光路33、以及第二光学组件2的第三反射镜25处于来自光输入口100的入射光的传输路径上，因此入射光沿上述路径传输至光输出口200。

由图5B所示的第二状态开始，第一光学组件1的第二电动机14和第二光学组件2的电动机21带动各自的可旋转轴分别继续旋转90度之后，进入图5C所示的第三状态。此时，第一光学组件1的第八反射镜19、光路组件3的第四光路34、以及第二光学组件2的第四反射镜26处于入射光的传输路径上，并引导入射光沿上述路径传输至光输出口200。

由图5C所示的第三状态开始，第一光学组件1的第二电动机14和第二光学组件2的电动机21带动各自的可旋转轴分别继续旋转90度之后，进入图5D所示的第四状态。此时，第一光学组件1的第六反射镜17、光路组件3的第二光路32、以及第二光学组件2的第二反射镜24处于入射光的传输路径上，并引导入射光沿上述路径传输至光输出口200。

图6示出了本实用新型的第四实施方式。与第三实施方式相比，该第四实施方式的不同之处在于：光路切换装置中的第一光学组件和第二光学组件大致呈中心对称状态，即第一光学组件1的第二电动机14和第二光学组件2的电动机21沿光路切换装置的对角方向相对设置。如图6所示，第一光学组件1的第二电动机14位于第二旋转轴15的上方，而第二光学组件2的电动机21位于旋转轴22的下方。此外，光输入口100和光输出口 200也沿光路切换装置的对角方向相对设置。该第四实施方式的光路切换装置的操作与第三实施方式是类似的，在此不再赘述。

Claims (16)

1.一种光路切换装置，所述光路切换装置包括：

光输入口，

光输出口，

第一光学组件，该第一光学组件接收来自所述光输入口的入射光并且将所述入射光的全部或者经选择的一部分投向光路组件，所述光路组件包括多个光路；和

第二光学组件，该第二光学组件接收来自所述光路组件的光，并将所述光投向所述光输出口；

其特征在于，

所述第二光学组件包括：可旋转轴，所述可旋转轴包括布置在所述可旋转轴上的多个反射镜，所述多个反射镜分别布置在所述可旋转轴的沿轴线方向上的不同位置处，并且当沿着所述可旋转轴的轴线方向观察时，所述多个反射镜的镜面法线方向各不相同。

2.根据权利要求1所述的光路切换装置，其特征在于，所述多个反射镜安装在所述可旋转轴上。

3.根据权利要求1所述的光路切换装置，其特征在于，所述可旋转轴是具有旋转轴线并包括所述多个反射镜的整体部件。

4.如权利要求2或3所述的光路切换装置，其特征在于，来自第一光学组件的入射光经由多个光路或多个光路的其中之一入射到所述第二光学组件的可旋转轴的多个或者单个反射镜的位置，使得同一时刻第二光学组件只有一个反射镜将经由光路组件的光束反射至输出光路。

5.如权利要求1至3中任一项所述的光路切换装置，其特征在于，所 述第二光学组件还包括电动机，其中，所述可旋转轴与所述电动机相联接并且能够被所述电动机驱动旋转。

6.如权利要求1至3中任一项所述的光路切换装置，其特征在于，所述可旋转轴由手动操作旋转。

7.如权利要求1至3中任一项所述的光路切换装置，其特征在于，

所述多个光路的数量为M，第二光学组件的可旋转轴上的所述多个反射镜的数量为N或2N，M＝N。

8.如权利要求7所述的光路切换装置，其特征在于，

沿所述轴线方向观察时，所述多个反射镜的法线方向在圆周方向上均匀分布，即相邻两个法线方向的夹角为360°/N。

9.如权利要求8所述的光路切换装置，其特征在于，

所述多个反射镜沿所述旋转轴的轴线方向等距离分布。

10.如权利要求1至3之一所述的光路切换装置，其特征在于，

所述第一光学组件具有与所述第二光学组件相同的构造，所述第一光学组件的多个反射镜之一将入射光反射至所述多个光路的其中之一，所述第二光学组件的相应反射镜将来自所述多个光路的其中之一的光反射至光输出口。

11.如权利要求10所述的光路切换装置，其特征在于，

所述第一光学组件和第二光学组件镜像对称布置。

12.如权利要求1至3之一所述的光路切换装置，其特征在于，所述第一光学组件包括：沿光输入口的入射光方向布置的一个或多个分光器和/ 或一个或多个反射镜。

13.如权利要求12所述的光路切换装置，其特征在于，所述分光器能够将入射光分成多束并引导至各个光路。

14.如权利要求1至3之一所述的光路切换装置，其特征在于，所述第一光学组件包括另一可旋转轴，所述另一可旋转轴包括布置在所述另一可旋转轴上的多个反射镜，所述多个反射镜分别布置在所述另一可旋转轴的沿轴线方向上的不同位置处，并且当沿着所述另一可旋转轴的轴线方向观察时，所述多个反射镜的镜面法线方向各不相同。

15.如权利要求14所述的光路切换装置，其特征在于，所述多个反射镜安装至所述另一可旋转轴上。

16.如权利要求14所述的光路切换装置，其特征在于，所述另一可旋转轴是具有旋转轴线并包括所述多个反射镜的整体部件。