本发明涉及显微镜或内窥镜组件，特别地用于外科显微镜，例如眼科显微镜。本发明还涉及用于产生这种显微镜组件的改进套件，且涉及这种显微镜组件的作用，以及涉及用于操作显微镜，特别是外科显微镜的方法。
背景技术：
眼科显微镜用于眼部手术，例如白内障手术。在白内障手术中，眼科医生依赖红光反射来看到眼睛的包膜、晶状体和前房结构。红光反射本质上是在眼部内的总的光反射，这可以在从正确的角度和正确的距离照亮眼部时实现。红光反射充当用于观察眼部晶状体的背景照明。然而，用于红光反射的照明引起被称为浦肯雅反射(Purkinje reflex)的强烈的发光伪影，其本质上是镜面反射。浦肯雅反射可能非常强烈，以至于阻碍进入眼部的视野且降低观察到的图像对比度。
同样的问题也存在于用于其他应用的其他的外科显微镜中。如果照亮组织，可能会产生恶化图像质量的镜面反射。
镜面反射相当于光从光滑表面的镜状反射。在镜面反射中，光子与表面完全不相互作用，并且因此反射光的颜色为入射光的原始颜色。相反，漫反射由粗糙表面产生。在漫反射中，光沿所有方向反射，并且反射光的颜色取决于表面的反射特性。
现在的眼科显微镜目标在于通过尝试将反射置于眼部晶状体的周围以缓解浦肯雅反射的问题。然而，当眼部沿着与用于成像的反射光的光路共轴的光路被照亮时，可以实现最佳的红光反射。照明和观察的同轴布置将反射置于眼部的中间区域。由此，在红光反射的质量和强度与镜面反射的位置和强度之间存在折衷。
技术实现要素：
本发明试图在改善显微镜或内窥镜，使得高强度的红光反射具有最小或者没有镜面反射。
根据本发明，这个目标在上述显微镜或内窥镜组件中实现，因为显微镜或内窥镜组件包括观察区，待观察物体(如眼部)可以布置在其中；照明光路，所述照明光路从照明光进入区延伸至所述观察区；观察光路，所述观察光路从所述观察区延伸至光出射区；第一偏振子组件，所述第一偏振子组件布置在所述照明光路中；第二偏振子组件，所述第二偏振子组件布置在所述观察光路中，所述第二偏振子组件构造成过滤掉经过所述第一偏振子组件的偏振光；以及分束器，所述分束器在所述观察区和所述光进入区之间布置在所述照明光路中，并且在所述光出射区和所述观察区之间布置在所述观察光路中。
这个目标还由用于操作显微镜的方向解决，其中所述方法包括步骤：产生偏振照明光；将所述偏振照明光指向到观察物体上，在所述观察物体处所述偏振照明光被反射；以及过滤掉与照明光具有相同偏振方向的被反射的照明光。
根据本发明的显微镜或内窥镜组件和方法，使用两个互补的偏振子组件减少或消除了镜面反射。第一偏振子组件将定向至观察物体上的照明光偏振。在镜面反射中，照明光的偏振被维持，并且由此在观察光路中由镜面反射产生的光被第二偏振子组件过滤掉。在观察光路中由漫反射产生的光具有随机偏振，并且由此可以至少部分地穿过第二偏振子组件。
根据本发明的解决方案可以通过以下附加特征进一步地改善，这些附加特征可以彼此独立地单独添加。如在下文中说明的，每个附加特征本身可以是有利的。
照明光在光进入区处进入显微镜子组件。在光进入区处，可以布置透镜和光圈中的至少一个。
显微镜或内窥镜组件可以包括照明子组件，该照明子组件可以包括用于产生照明光的光源。如果例如使用了产生用于照亮观察区中的物体的偏振光的照明子组件，则第一偏振子组件还可以是这种照明子组件的一部分。
在光出射区处，观察光(即从观察区中的物体反射的照明光)离开显微镜或内窥镜组件。在光出射区处，观察子组件可以定位成显微镜组件的一部分。观察子组件构造成观察在观察区域中的物体，并且可以包括一个或多个相机和一个或多个目镜中的至少一种。
根据另一个附加特征，观察路径和照明路径至少在分束器和观察区域之间可以彼此共轴以使红光反射强度最大化。
为了维持显微镜或内窥镜组件的简单性和避免高成本，第一偏振子组件和第二偏振子组件可以各自包括至少一个线性偏振器。第一偏振子组件和/或第二偏振子组件的至少一个线性偏振器可以集成在分束器中，使得可以获得整体紧凑的显微镜或内窥镜。
第一偏振子组件的线性偏振器可以在照明光进入区和分束器之间布置在照明光路中，使得该偏振器仅过滤照明光。
第二偏振子组件的线性偏振器可以在分束器和光出射区之间布置在观察光路中。由此，第二偏振子组件的线性偏振器仅过滤从物体反射的光。
在另一个有利的实施例中，第一偏振子组件和第二偏振子组件中的至少一个包括偏振旋转器，例如法拉第旋转器、双折射旋转器和/或棱镜旋转器。特别地，偏振旋转器可以是半波片或者四分之一波片。在另一个实施例中，偏振旋转器可以是圆偏振器的一部分，该圆偏振器反过来可以是第一偏振子组件和第二偏振子组件中的至少一个的一部分。
偏振旋转器可以既布置在照明光路中又布置在观察光路中。
偏振旋转器允许调整穿过它的光中的偏振角度。由此，可以用于更高效地使用随后的线性偏振器。进一步地，使用偏振旋转器允许更好地在入射照明光和反射观察光之间进行区分。
特别地，偏振旋转器可以定位在分束器和观察区之间。在这种构造中，偏振旋转器可以用于产生用来照亮观察区域的圆偏振光。在镜面反射时，圆偏振光的旋向性被反向。由此，经过偏振旋转器(特别是四分之一波片)的镜面反射光沿着与在偏振旋转器之前的照明光的线性偏振垂直的方向被线性偏振。
第一偏振子组件和第二偏振子组件可以共用一个共同的偏振旋转器，该偏振旋转器可以适应于安置至在观察区中的物体。这可以通过其形状至少部分地对应待观察物体形状的共同偏振旋转器来实现。为了避免在偏振旋转器和物体之间的内部表面处的反射，折射率是匹配的。进一步地，由于适贴配合，偏振旋转器和物体之间优选地没有气泡。例如，在眼科显微镜的情况中，偏振旋转器可以构造为施加在眼部上的接触透镜。
特别地，偏振旋转器可以是四分之一波片。作为接触透镜，其可以用于抑制来自物体的最外表面的镜面反射，但是保留来自物体的内部表面(例如其他组织层之间的交界面)的另外的镜面反射。由此，可以维持关于这些组织层的三维结构的、包含在镜面反射中的信息。
根据另一个有利的实施例，分束器可以是偏振分束器。偏振分束器可以是第一和/或第二偏振子组件的一部分，或者是另外的偏振装置。在这种情况下，第一和第二偏振子组件中的至少一个的线性偏振器功能可以集成在分束器中。
偏振分束器可以是反射的、双折射的和/或薄膜分束器。
对于本发明的多数目的，充足的是分束器仅反射具有预定偏振方向的光并透射没有偏振方向倾向的光。然而，在一些应用中，如果透射穿过分束器的光也是线性偏振的，则线性偏振器可能是不需要的。
面向分束器的反射侧的线性偏振器的偏振方向优选地对应于由偏振分束器反射的光的偏振方向。线性偏振器可以是第一偏振子组件或者第二偏振子组件的一部分，这取决于照明光是否由分束器朝向观察区域反射并且在观察光路中的反射光是否透射通过分束器而朝向光出射区，或者照明光是否透射通过分束器并且反射的观察光是否由分束器反射。
在一个实施例中，在操作显微镜组件时，线性偏振照明光可以入射在偏振分束器上。优选地，入射光的偏振方向对应于由偏振分束器反射的光的偏振方向。在这种构造中，光反射的效率增加，因为偏振分束器反射全部的入射照明光。与此相比，没有偏振功能的分束器仅会反射一半的入射光。为了利用这种效率增加，线性偏振器可以布置在光进入区和偏振分束器之间。当然，如果照明光将透射通过偏振分束器，则偏振入射光的偏振方向优选地对应于这种透射所需的偏振方向。
偏振方向的概念包括在线性偏振情况下的方向和在圆偏振情况下的圆偏振光的旋向性。
照明的效率可以进一步地增加，如果附加偏振分束器定位在偏振分束器之前的照明光路或者观察光路中，即在入射到偏振分束器的反射侧上的光的光路中。特别地，附加偏振分束器可以定位在照明路径中。
附加偏振分束器可以将照明或观察光路分成两个子路径，其中第二偏振子组件可以布置在每个子路径中。
取决于附加偏振分束器是否在照明光路中或者在观察光路中，第二偏振子组件可以是第一或第二偏振子组件的一部分。
两个子路径可以指向至光出射区或者观察区域。在子路径的一个中，可以定位偏振分束器。进一步地，偏振旋转器可以定位在子路径的至少一个中，以使偏振方向适应于通过偏振分束器的总透射或反射所需的偏振方向，和/或适应于在另一个子路径中的光的偏振方向。第二偏振子组件可以用于调整在每个子路径中的偏振方向，使得在每个子路径中的光具有相同的偏振。
在一个实施例中，第一偏振子组件可以位于附加偏振分束器和观察区之间，然而第二偏振子组件位于附加偏振分束器和偏振分束器之间。
在第一和第二偏振子组件的至少一个处可以包括偏振旋转器。偏振旋转器可以布置成使得线性偏振器位于偏振旋转器和偏振分束器之间，和/或使得偏振旋转器布置在附加偏振分束器和线性偏振器之间。
优选地，在每个子路径中的照明是线性偏振的。第二偏振子组件用于将偏振方向调整至偏振分束器的偏振方向，使得可以反射从第二偏振子组件入射至偏振分束器上的所有光。
本发明涉及用于在现有显微镜或内窥镜中，特别是在现有外科显微镜，如眼科显微镜中安装的改进或升级套件。升级套件包括至少两个用于光的线性偏振的装置和至少一个分束器，其中分束器可以是用于线性偏振的装置中的一个。升级套件构造成产生在上述实施例中的任何一个中的显微镜组件。例如，改进套件可以具有偏振分束器，该偏振分束器代替在待改进的显微镜中的现有非偏振分束器。偏振装置可以是偏振器，该偏振器适应于安装至用于照明和/或观察观察区域的现有透镜。根据一个方面，改进套件还可以包括适应于安置至待观察物体的偏振旋转器，并且由此抑制或消除在物体的第一表面处的镜面反射。
本发明最终还涉及根据上述实施例的任何一个的显微镜组件在显微镜中，特别是在诸如眼科显微镜的外科显微镜中，或者在外科内窥镜中的用途在于减少和/或消除镜面反射。
附图说明
在下文中，本发明各实施例参考附图进行描述。实施例仅用于说明目的，且决不应该理解为是将本发明的范围的限制于在实施例中示出或描述的。如已经在上面说明的，实施例中的各个特征可以结合。特别地，来自一个实施例的特征可以添加到另一个实施，如果这个特征的技术效果对于本发明的特定应用是需要的。相反地，特征可以从实施例中省略，如果这个特征的技术效果对于本发明的特定应用是不需要的。
在下文中，贯穿整个附图，相同的标号用于关于功能和/或设计彼此对应的元件。
在附图中：
图1示出根据本发明的显微镜或者内窥镜组件的示意图；
图2示出根据本发明的另一个显微镜或者内窥镜组件的示意图；
图3示出根据本发明的另一个显微镜或者内窥镜组件的示意图；以及
图4示出根据本发明的另一个显微镜或者内窥镜组件的示意图。
具体实施方式
首先，根据本发明的显微镜或者内窥镜1的构造将参考图1进行说明。
显微镜和内窥镜组件1，简称“显微镜组件”，适应于作为外科显微镜或内窥镜2的一部分，或者适应于安装在外科显微镜或内窥镜2内，特别是眼科显微镜内，但是不限制于这样的应用。显微镜或内窥镜2仅示意性地示出且仅在图1中示出。
进一步示出为包括观察区4，在显微镜或内窥镜2操作时，待观察物体6放置在观察区4中。观察区4可以是显微镜或内窥镜组件1的一部分。尽管观察区4可以不是显微镜组件1或者显微镜或内窥镜2的结构部分，但是观察区4至少在操作时是功能部分，因为显微镜组件1或者显微镜或内窥镜2的部件的技术效果目标是很大程度地改善在观察区4内的待观察物体6的成像。
显微镜组件1包括照明光路8和观察光路10。照明光路8是这种路径：沿着照明光路8照明光12朝向观察区4定向，或者更具体地，定向于待观察物体6上。在图1中，光一般通过p和s偏振矢量示意性地描绘。
观察光路10由观察光14限定。观察光14是这种光：最大程度地或者仅仅从物体6反射的照明光12。
在照明光路8中，布置有第一偏振子组件16。第一偏振子组件16由入射至第一偏振子组件16上的观察光14产生具有偏振方向20的偏振光18。如在图1中示例性示出的，偏振方向20可以是线性的或者是圆的。为了产生线性偏振光18，第一偏振子组件16可以包括线性偏振器22。为了产生圆偏振光18，第一偏振子组件16可以包括圆偏振器(未示出)。为了形成这种圆偏振器，偏振旋转器(如四分之一波片，未示出)可以简单地布置在线性偏振器22的后方，即在线性偏振器22的背离入射照明光12的一侧。
照明光12在光进入区24处进入显微镜组件1。包括一个或多个光源28的照明子组件26可以位于光进入区24处且可以包括在显微镜组件1和/或显微镜或内窥镜2内。例如，如果照明子组件已经产生偏振光18，则这种包括可以发生，即第一偏振子组件16包括在照明子组件26中的照明光路8内。
显微镜组件1还包括分束器30，该分束器30位于照明光路8和观察光路10两者内。分束器30通过反射使照明光路8和观察光路10中的至少一个偏转。在分束器30和观察区4之间，优选地，照明光路8和观察光路10彼此同轴排列。优选地，分束器30为宽带分束器。
在图1和其余实施例中，仅为了说明的目的，来自第一偏振子组件16的偏振光18在分束器30处反射，即第一偏振子组件22位于光进入区24和分束器30之间。反射光14穿过分束器30。该构造还可以颠倒为在光进入区24处进入显微镜组件1的光经过分束器30，并且从被观察物体6反射的光14在分束器30处被反射。
在观察光路10中，可以定位第二偏振子组件32。除了过滤功能是互补的之外，第二偏振子组件32的构造可以与第一偏振子组件16的构造相同，即第二偏振子组件32将具有偏振方向18的光过滤掉，而具有偏振方向18的光被允许经过第一偏振子组件16。
例如，第二偏振子组件32还可以包括线性偏振器22，该线性偏振器22阻止具有偏振方向20的光穿过，而具有偏振方向20的光被允许通过第一偏振子组件16的线性偏振器22或由第一偏振子组件16的线性偏振器22产生。
第二偏振子组件32可以定位在分束器30和光出射区34之间。在光出射区34处，观察光14可以离开显微镜组件1。特别地，在光出射区34处可以定位观察子组件36，例如一个或多个相机，或者一个或多个目镜。
在下文中，将解释图1中的显微镜组件1的功能。
到达物体6的偏振照明光20在物体6处既经历镜面反射又经历漫反射。镜面反射会维持观察光的偏振方向20，经历漫反射的偏振照明光20会具有随机偏振，其可能偏离入射照明光的偏振方向。由此，除了由第一偏振子组件16赋予的在图1中表示为s的预定义的偏振方向20之外，与偏振方向20正交的偏振方向p会由于漫反射而附加到观察光10。漫反射光和镜面反射光两者都会穿过分束器30并且会由第二偏振子组件32过滤掉。由此，分别在光出射区34处，或者在观察子组件36处，仅观察到具有偏振方向p的光，即不具有偏振方向20,s的观察光14。这反过来意味着所有镜面反射会由第二偏振子组件32抑制或消除。
粗箭头38既表明光沿照明光路8和观察光路10的方向，又表明其与在光进入区24处的强度相比的相对强度。
假定两个正交的偏振方向p、s之间均等分布，与进来的照明光的强度比较，离开第一偏振子组件16后的光强度会降低一半，因为一半的光会被过滤掉。在每次经过分束器30时(既包括反射又包括透射)会损失又一半的光，因为分束器反射一半的光并透射另一半的光。最终，在第二偏振子组件32处会损失再一半的光，因为一个偏振方向20被过滤掉了。由此，假定理想条件并忽略任何杂质和额外损失，可以在光出射区34处仅仅收集到6.25％的在光进入区24处进入的入射照明光。
简单的措施可以使在光出射区34处的光输出变成四倍，如在图2中示例性示出的。为了简化起见，仅说明了与图1的实施例的不同点。
在图2中，除了分束器30是偏振分束器40外，显微镜组件1的装配与在图1中的相同。偏振分束器40完全反射具有偏振方向s的光。其余具有不同偏振的光透射通过偏振分束器40。
由分束器40完全反射的偏振方向s对应于分别由第一偏振子组件16或线性偏振器22赋予观察光20的偏振方向20。由此，所有从第一偏振子组件16离开的观察光18被分束器40反射。在穿过偏振分束器40的观察光14中，仅具有正交偏振方向p的光被透射，具有正交偏振方向s的观察光14被反射。因为这种偏振被允许分别穿过第二偏振子组件32或其线性偏振器22，所以在第二偏振子组件32处会没有损失。如箭头38指示，穿过光进入区24的光的25％会在光出射区34处离开。
如从图2中可以进一步看出的是，两个线性偏振器22可以省略，因为第一偏振子组件16的线性偏振器22的偏振功能可以由偏振分束器40执行。这同样适用于第二偏振子组件32的线性偏振器22，因为在观察光路10中的偏振功能现在也定位在偏振分束器40上。由此，现在第一偏振子组件22和第二偏振子组件32两者都可以定位在偏振分束器40上。
为了进一步增加在光出射区34处的产出率，图2中的显微镜组件1可以进一步地改造。改造包括在照明光路8中、在光进入区24和偏振分束器40之间的位置处增加另一个偏振分束器42。偏振分束器42将照明光路8分成两个子路径8a和8b。子路径8a和8b中的一个(这里是光路8b)指向偏振分束器40，在偏振分束器40处其被透射或反射(在这里是被反射)。另一个光路8a分别直接指向观察区4或观察物体6。
从附加偏振分束器42反射的所有光，即在相应子路径(此处为8a)中的观察光12会被线性偏振。在附加偏振分束器42和观察区4之间、在从附加分束器42反射的观察光12的路径中，可以定位线性偏振器22以过滤掉任何残留光或不同偏振。为了保持装配不昂贵和容易维修装配，在光路8a中的线性偏振器22也可以省略。
为了在光出射去4处高效地抑制来自观察区4的任何镜面反射，有利的是，如果由附加偏振分束器42赋予的偏振方向20对应于由偏振分束器40从观察光过滤掉的偏振方向s。换言之，在照明光进入观察区4之前，在子路径8a、8b中的偏振方向应当相同。为了保证这一点，偏振旋转器44需要分别插入至照明光路8中，或者其子路径8a、8b中的一个。
这点在下文中示例性地参考子路径8b进行解释，其中偏振旋转器44定位在附加偏振分束器42和偏振分束器40之间，以便在已经穿过附加偏振分束器42后旋转照明光12的偏振方向20。即，将偏振方向p旋转成偏振方向s，其然后由分束器40全部反射，并且其对应于在另一子路径中由附加偏振分束器42反射的照明光12的偏振方向20。偏振旋转器44可以包括半波片46和在半波片46后(即在半波片46背离光进入区24的一侧处)的线性偏振器22。当然，如果偏振分束器42具有与在图3中示出的不同的偏振方向，偏振旋转器44可以定位在子路径8a中而不是子路径8b中，或者定位在子路径8a、8b两者中。
由于附加偏振分束器42和偏振旋转器44的使用，所有的照明光12可以由偏振分束器40反射，使在光出射区34处可获得的光强度加倍。
具有在照明光路8中的第一偏振子组件的偏振功能和在观察光路10中的第二偏振子组件32的偏振功能、以及具有在照明光路8和观察光路10两者中的偏振分束器40的综合装配可以用于抑制在物体6的最外表面48处的镜面反射。
这种装配在图4中示出。其在眼科显微镜中特别地有用，其中眼睛的最外层可能产生不希望的镜面反射。如前，仅说明与前述实施例的不同点。
为了减少在物体6的最外表面48处的镜面反射，偏振旋转器44会放置在物体6上，使得偏振旋转器44安置在表面48上。适贴配合确保偏振旋转器和物体之间的紧密接触，而没有任何会引起反射的中间气泡。如果必要，可以在偏振旋转器44和物体6之间布置流体以消除空气并填补任何间隙。
如果物体是眼睛，偏振旋转器44可以是接触透镜50。优选地，偏振旋转器44的折射率适应于物体6的至少接近最外表面48的折射率。由此，在接触透镜50和物体6之间的交界面处将没有反射，然而在接触透镜50的最外表面52处会有反射。因为镜面反射维持由第一偏振子组件16赋予的偏振方向20，所以其会由第二偏振子组件32过滤掉，在这种情况下第二偏振子组件32包括在偏振分束器40中，如同图2的实施例。
在另一个内部交界面54处的镜面反射由在到达光出射区34处的光中的这种装配维持，使得关于这个交界面54的结构的任何三维信息被维持，该三维信息通过镜面反射传输。这在下文进行说明。
在偏振旋转器44处，例如，四分之一波片可以在照明光已经穿过其后产生圆偏振光。在物体6的内部交界面54处的镜面反射中，偏振方向即圆偏振被维持，仅旋向性即圆偏振的旋转感被反向，如在参考标记58处可以看出。
如果从内部表面54反射的圆偏振光58再次经过偏振旋转器44，其会再次被线性偏振，仅在其偏振方向上相对于已经穿过第一偏振子组件16后的照明光12的偏振方向20发生偏移。偏振照明光12的线性偏振方向20(这里是s)和在内部表面54处由镜面反射产生的光的偏振方向(这里是p)的相对旋转导致观察光14能够经过偏振分束器40而未被过滤并且行进至光出射区34。
在物体6内的任何漫反射也会导致光具有与由内部表面54反射的光相同的偏振方向p，并且由此也会到达光出射区34。
在图4的情况中，第一偏振子组件和第二偏振子组件16、32两者实际上构成圆偏振器，其中两个部件都同时定位在照明光路8和观察光路10中，并且其中偏振子组件16、32两者的线性偏振器集成在分束器中，该分束器为偏振分束器40。圆偏振器的偏振旋转器部分由偏振旋转器44提供，在这种情况中，该偏振旋转器44附接至物体6的最外表面48。
可以理解的是，在前面的描述中，偏振方向p和s仅意在标出互补的偏振方向，并且就任何电波或磁波方向的偏振方向而言不具有任何物理意义。
附图标记
1 显微镜或内窥镜组件
2 显微镜或内窥镜
4 观察区
6 待观察物体
8 照明光路
8a 子路径
8b 子路径
10 观察光路
12 照明光
14 观察光
16 第一偏振子组件
18 偏振光
20 偏振方向
22 线性偏振器
24 光进入区
26 照明子组件
28 光源
30 分束器
32 第二偏振子组件
34 光出射区
36 观察子组件
38 箭头
40 偏振分束器
42 附加偏振分束器
44 偏振旋转器
46 半波片
48 物体的最外表面
50 接触透镜
52 接触透镜的外表面
54 物体内的内部交界面
56 圆偏振光
58 反射的圆偏振光