[0001] 相关申请的交叉引用本申请是2012年9月28日提交的美国专利申请号13/630373和2012年4月17日提交的13/448,691部分继续，其的整个公开通过引用而合并于此。

[0002] 本发明大体上涉及光学探头组件，并且更特定地，涉及展现多焦距的光学系统。

[0003] 视频探头组件包括管道镜、视频示波器、纤维镜、内窥镜等。视频探头组件是无损评估工具类型，其可以对于例如瑕疵、磨损、包含物、变形、裂纹、开口等目标来检查不可及和/或难以触及的环境。当照射环境内的目标时，该目标的图像可以用容置在视频探头组件内的光学系统来形成。

[0004] 在过去的示例中，现有探头的光学系统仅有相对小的焦距改变的能力。当目标（例如，瑕疵、磨损、包含物、裂纹、开口等）频繁地离焦时，该相对小的焦距改变模式使得视频探头组件难以检查大范围的场。此外，探头组件移动来改善对焦由于环境内的大小约束而相对受到限制。因此，提供展现更大范围的焦距改变来改善对焦和变焦功能性的光学系统，这将是有益的。

[0005] 下面呈现本发明的简化的简要描述以便提供对本发明的一些示例方面的基本理解。该简要不是本发明的广泛综览。此外，该概要不意在识别本发明的关键元件，也未界定本发明的范围。简要描述的唯一目的是采用简化形式呈现本发明的一些方面作为下文呈现的更详细描述的开头。

[0006] 根据一个方面，视频探头组件中的光学系统包括多个透镜，其配置成使分离的线偏振光线根据不同的折射率来折射以形成多个不同的焦距。该光学系统包括多个光调制元件，每个配置成响应于控制信号而调制经过相应光调制元件的线偏振光线的偏振态。偏振器元件滤除经过偏振器元件的线偏振光线中的一些。

[0007] 根据另一个方面，视频探头组件中的光学系统包括多个透镜，其配置成使分离的线偏振光线根据不同的折射率来折射以形成多个不同的焦距。该光学系统包括多个光调制元件，每个配置成响应于控制信号而调制经过相应光调制元件的线偏振光线的偏振态。可旋转偏振器元件滤除经过偏振器元件的线偏振光线中的一些来产生至少四个不同的焦距。

[0008] 根据另一个方面，提供检查视频探头组件的光学系统的目标的方法。该方法包括提供多个透镜，用于使分离的线偏振光线根据不同的折射率来折射以形成多个不同的焦距。方法包括引导线偏振光线通过至少一个光调制元件。方法包括使线偏振光线聚焦在成像器上。

[0009] 按照本公开的第一方面，提供一种视频探头组件中的光学系统，所述光学系统包括：多个透镜，其配置成使分离的线偏振光线根据不同的折射率来折射以形成多个不同的焦距；
多个光调制元件，各配置成响应于控制信号而调制经过相应光调制元件的所述线偏振光线的偏振态；以及
偏振器元件，其配置成滤除经过所述偏振器元件的所述线偏振光线中的一些。

[0010] 按照第一方面的光学系统，其中所述透镜各包括双折射元件。

[0011] 按照第一方面的光学系统，其中所述多个光调制元件包括第一光调制元件和第二光调制元件。

[0012] 按照第一方面的光学系统，其中所述多个透镜包括第一透镜和第二透镜。

[0013] 按照第一方面的光学系统，其中所述第一光调制元件安置在所述第一透镜与所述第二透镜之间。

[0014] 按照第一方面的光学系统，其中所述第二光调制元件安置在所述第二透镜与所述偏振器元件之间。

[0015] 按照第一方面的光学系统，其中经过所述多个透镜的所述线偏振光线配置成产生至少四个不同的焦距。

[0016] 按照第一方面的光学系统，其中所述偏振器元件是可旋转的。

[0017] 按照第一方面的光学系统，其中所述偏振器元件的旋转配置成滤除所述线偏振光线中的至少一些。

[0018] 按照第一方面的光学系统，其中所述线偏振光线包括寻常光线和非常光线。

[0019] 按照本公开的第二方面，提供一种视频探头组件中的光学系统，所述光线系统包括：多个透镜，其配置成使分离的线偏振光线根据不同的折射率来折射以形成多个不同的焦距；
至少一个光调制元件，其配置成响应于控制信号而调制经过所述至少一个光调制元件的所述线偏振光线的偏振态；以及
可旋转偏振器元件，其配置成滤除经过所述偏振器元件的所述线偏振光线中的一些。

[0020] 按照第二方面的光学系统，其中所述透镜各包括双折射元件。

[0021] 按照第二方面的光学系统，其中所述至少一个光调制元件包括第一光调制元件和第二光调制元件。

[0022] 按照第二方面的光学系统，其中所述多个透镜包括第一透镜和第二透镜。

[0023] 按照第二方面的光学系统，其中所述第一光调制元件安置在所述第一透镜与所述第二透镜之间。

[0024] 按照第二方面的光学系统，其中所述第二光调制元件安置在所述第二透镜与所述偏振器元件之间。

[0025] 按照第二方面的光学系统，其中经过所述多个透镜的所述线偏振光线配置成产生至少四个不同的焦距。

[0026] 按照第二方面的光学系统，其中所述偏振器元件的旋转配置成滤除所述线偏振光线中的至少一些。

[0027] 按照本公开的第三方面，提供一种用视频探头组件的光学系统检查目标的方法，所述方法包括：提供多个透镜，用于使分离的线偏振光线根据不同的折射率来折射以形成多个不同的焦距；
引导所述线偏振光线通过至少一个光调制元件；以及
使所述线偏振光线聚焦在成像器上。

[0028] 按照第三方面的方法，其进一步包括以下步骤：使所述线偏振光线中的一个以第一折射率折射；
使所述线偏振光线中的另一个以第二折射率折射；以及
调制所述线偏振光线的偏振态。
附图说明

[0029] 当参照附图阅读下列说明时，本发明的前述的和其他优势将对于本发明所涉及的领域内的技术人员变得明显，其中：图1是根据本发明的方面的示例视频探头组件（其具有至少一个方面）的透视图；
图2是根据本发明的方面的视频探头组件（其包括示例光学系统）的示意框图表示；
图3是采用第一操作模式的图2的视频探头组件的示范性光学系统的示意图；
图4是采用第二操作模式的视频探头组件的光学系统的示意图；
图5是采用第三操作模式的视频探头组件的光学系统的示意图；
图6是采用第四操作模式的视频探头组件的光学系统的示意图；
图7是根据本发明的方面的视频探头组件的第二示例光学系统的示意图；
图8是根据本发明的方面并且采用第一操作模式的视频探头组件的第三示例光学系统的示意图；
图9是采用第二操作模式的视频探头组件的第三光学系统的示意图；
图10是采用第三操作模式的视频探头组件的第三光学系统的示意图；
图11是采用第四操作模式的视频探头组件的第三光学系统的示意图；
图12是根据本发明的方面并且采用第一操作模式的视频探头组件的第四示例光学系统的示意图；
图13是采用第二操作模式的视频探头组件的第四光学系统的示意图；
图14是图示检查光学系统中的一个的目标的方法的流程图。

[0030] 包含本发明的一个或多个方面的示例实施例在图中描述并且图示。这些图示的示例不意在成为对本发明的限制。例如，本发明的一个或多个方面可以在其他实施例以及甚至其他类型的装置中利用。此外，在本文中使用某些术语只是为了方便并且不看作是对本发明的限制。再另外，在图中，采用相同的标号用于指示相同的元件。

[0031] 图1描绘根据本发明的一个方面的视频探头组件20的示例实施例。要意识到图1仅仅示出视频探头组件20的可能结构和/或配置的一个示例，并且在本发明的范围内预想其他示例。一般，视频探头组件20可在具有与物理/视觉可达性有关的某一限制级别的区域中使用。在示例中，视频探头组件20包括如下文论述的拍摄装置或其他相似图像或视频摄取/记录装置。这样的拍摄装置或其他相似图像或视频摄取/记录装置可以插入区域（例如，结构、装置等的受限接近区域）内用于操作成摄取该区域的图像。

[0032] 视频探头组件20包括手持机组件22。要理解图1的手持机组件22仅包括手持机组件22的许多可能的结构/配置中的一个。手持机组件22在该示例中确实包括单个显示结构，但是在其他示例中，手持机组件22可包括多个结构/外壳。在示例中，手持机组件22可具有人体工学设计水平使得手持机组件22可以容易地被手持。

[0033] 手持机组件22包括把手部分24。该把手部分24大小和形状适于容易被人手所抓握。在示出的示例中，把手部分24是狭长的并且大致上带圆形/弧形拐角和边缘地线状延伸。把手部分24不限于示出的形状，并且在其他示例中，可以包括任何多种形状。

[0034] 手持机组件22进一步包括小键盘26。该小键盘26包括一个或多个控制/功能按钮，其允许用户控制手持机组件22和/或将信息输入手持机组件22。手持机组件22可以进一步包括显示器28。在示出的示例内，显示器28邻近小键盘26和把手部分24并且在它们上方定位，但是也设想其他位点。显示器28可以包括屏幕、监视器或其他相似的图像显示设备。显示器28可以包括关联的视频控制器、驱动器等，以在显示器28上提供图像。

[0035] 视频探头组件20进一步包括探头装置30，其操作地连接到手持机组件22。探头装置30是狭长的柔性结构，其中探头装置30的一部分可以移动和/或接合（如由图1内的虚拟绘制位置示出的）。要意识到在其他示例中，探头装置30可以在长度上更长或更短、在横截面大小上更厚或更薄。探头装置30可以包括狭长管，其具有大致上中空的中心部分。探头装置30的中空中心部分可以大小适于收容线、电缆、接合电缆、光纤束和/或延伸通过探头装置30到手持机组件22的其他机械、电或光学结构。一般，探头装置30是狭长的，以便允许探头装置30插入具有与可达性有关的某一限制级别的区域内。如由虚拟线图示的，探头装置30可以例如通过弯曲、旋转或类似情况而移动。

[0036] 探头装置30包括探头32，其可以容置拍摄装置或其他相似的图像或视频摄取/记录装置。该探头32设置在与手持机组件22相对的探头装置30的远端。探头32可以通过探头装置30的接合/移动而移动。简单地说，探头32可以用拍摄装置捕捉/记录期望区域内的视频或图像。经由延伸通过探头装置30的线或其他相似的结构，图像/视频可以从探头32传送到远程位点，例如手持机组件22。因此，区域的图像/视频然后在手持机组件22的显示器28上显示，并且可在手持机组件22内/由手持机组件22存储/捕捉/记录。

[0037] 现在转向图2，视频探头组件20为了说明目的而以高度示意/一般表示来图示。要意识到为了便于图示通常可能不可见的结构/部件而一般/示意地描绘视频探头组件
20。确实，在图2中描绘的结构/部件可定位在手持机组件22和/或探头装置30内使得结构/部件可以是不可见的。还要意识到图2仅描绘未看见的结构/部件中的一些，但视频探头组件20包括未在图2中示出的另外的部件（例如，线、电部件、连接器，等）。

[0038] 手持机组件22可以包括控制器34。该控制器34能够发送信息（例如，数据、控制指令、图像，等）到视频探头组件22内的其他部件/接收到视频探头组件22内的其他部件的信息（例如，数据、控制指令、图像，等）。控制器34可以包括与视频探头组件关联的任何数量的结构。例如，控制器34可以包括微控制器、CPU、处理器、印刷电路板、逻辑单元、控制单元、存储器或类似物。在一个示例中，控制器34可以提供功能，其包括但不限于，图像捕捉、图像增强、图形重叠合并、失真校正、帧平均化、缩放、数字变焦、重叠、合并、翻转、运动检测和/或视频帧转换/压缩。在另一个示例中，控制器34可以存储和/或读取信息。

[0039] 控制器34可以操作地连接到小键盘26和显示器28。如此，控制器34可以将信息（即，查看的环境的光学信息/图像）发送到显示器28用于在显示器28上提供图像。同样，控制器34可以从小键盘26接收信息（即，移动信息）。在示例中，小键盘26可以控制探头装置30和/或探头32的移动。

[0040] 视频探头组件20可以进一步包括光源36。该光源36操作地连接到控制器34。在图示的示例中，光源36示出为容置在手持机组件22内，但是在其他示例中，光源36可以代而定位在探头装置30内（例如作为探头32的部分）或在手持机组件22和探头装置30两者中。光源36可以产生光，其可以引导到目标上/聚焦在目标上。在一个示例中，来自光源36的光可以由光纤束传送通过探头装置30，但是也设想其他光传送结构。光源36在一个示例中可以产生白光，并且可包括任何数量的光源装置，其包括汞或金属卤化物灯、卤素灯、激光/磷光系统、基于LED的光源，等。

[0041] 视频探头组件20包括根据本发明的方面的光学系统40。该光学系统40可以定位在探头装置30内。在图示的示例中，光学系统40接近探头装置30的末端朝探头32设置。然而，在其他示例中，光学系统40可以更接近更远离探头装置30的末端安置。为了说明目的，光学系统40略微一般/示意地在图2中图示。确实，光学系统不限于图示的实施例。而且，探头装置30和光学系统40一般在图2内朝右边指向/引导。但要意识到指向/引导可以如上文指示的那样改变。光学系统40可以通过一个或多个线、光纤束或类似物而操作地连接到控制器34。操作连接可以是对于指向/引导的移动、信息传达、如下文论述的光学系统40的控制，等。

[0042] 现在转向图3，图示根据本发明的至少一个方面的光学系统40的示例。在图3内，光学系统40在图2内朝右边、朝目标41指向/引导，该目标42代表要查看的区域。一般指向/引导指示指向/引导可以改变。尽管未在图3中示出，光源36可以提供光并且照射目标41。要意识到在目标41（例如，要查看的区域）包括许多结构时，略微一般/示意地描绘目标41。例如，目标41可以包括空洞、裂纹、包含物、畸形、开口，等。在照射目标41时，该目标的图像可以由光学系统40形成。然后可传送该图像通过探头装置30并且到手持机组件22，于是图像可以在显示器28上示出，并且/或可记录、捕捉、存储在存储器中，等。

[0043] 在示例光学系统40上聚焦的情况下，光学系统40可以包括成像器42。该成像器42可包括在多个行和列中形成的一个或多个像素。成像器42可以采用电压（例如，模拟电压）的形式生成图像信号，其代表入射在成像器42的像素上的光。在示例中，这些图像信号可以从成像器42传送到手持机组件22以在显示器28上示出。

[0044] 光学系统40可以包括两个或以上的透镜。在图示的示例中，光学系统40包括第一透镜46和第二透镜48（例如，多个透镜）。然而，在其他示例中，光学系统40不限于包括第一透镜46和第二透镜48，而代之可以包括比图示的更多的透镜。第一透镜46和第二透镜48在大小、形状、结构和材料方面可以是大体上等同的，但是在其他示例中，第一透镜46和第二透镜48可以具有不同的大小、形状、材料等。而且，尽管第一透镜46和第二透镜48每个示意地示出为单个透镜部件，要意识到每个透镜可以具有带超出两个折射表面的多透镜部件构造，并且/或这些折射表面可以具有各种表面轮廓、间距等。本文的“透镜”要解释为包括这样的变化。

[0045] 第一透镜46和第二透镜48可以包括双折射元件。例如，第一透镜46和第二透镜48可以包括双折射透镜，其可以对应地根据不同的折射率来折射具有不同偏振态的光。在一个示例中，光（例如，未偏振的光，等）可从目标41反射。入射到第一透镜46和/或第二透镜48的光在一个示例中可以由双折射元件分解成分离的线偏振光线。这些分离的线偏振光线可以包括例如非常光线（e束光线）和寻常光线（o束光线）光。该非常光线（e束光线）光可以根据第一折射率由第一透镜46和/或第二透镜48反射。寻常光线（o束光线）光可以根据第二折射率由第一透镜46和/或第二透镜48反射，该第二折射率可与第一折射率相同或不同。

[0046] 第一透镜46和第二透镜48可以包括许多材料。例如，第一透镜46和第二透镜48可以包括钒酸钇（YVO4）用于使光折射。YVO4是这样的双折射材料类型，其可以关于其光轴关于具有不同入射角和偏振态的入射光展现不同的折射率。在其他示例中，第一透镜46和/或第二透镜48可包括其他材料，例如α-BBO晶体（BaB2O4）、方解石、铌酸锂、石英或这样的材料的组合。在其他示例中，第一透镜46和/或第二透镜48可以包括其他材料，其可以对应地根据不同的折射率来分解具有不同偏振态的光，例如用于对光的不同偏振态形成不同的光路长度的一个或多个偏振分光棱镜。

[0047] 光学系统40可以包括两个或以上的光调制元件。在图示的示例中，光学系统40包括第一光调制元件50和第二光调制元件52（例如，多个光调制元件）。然而，在其他示例中，光学系统40不限于包括第一光调制元件50和第二光调制元件52，而代之可以包括比如图示的更多的光调制元件。在图示的示例中，第一光调制元件50和第二光调制元件52在大小、形状、结构和材料方面可以是大体上等同的，但是在其他示例中，第一光调制元件50和第二光调制元件52可以是不同的。

[0048] 光调制元件（例如，第一光调制元件50和第二光调制元件52）可以响应于控制信号而调制和/或改变线偏振光线的偏振态。在一个示例中，控制信号可以包括施加于第一光调制元件50和/或第二光调制元件52的电压。特别地，在引导线偏振光线以经过第一光调制元件50或第二光调制元件52中的任一个时，线偏振光线的偏振态可以通过用不同的电压驱动光调制元件50、52而调制/改变。例如，到第一光调制元件50和/或第二光调制元件52的入射光线可处于垂直线偏振态。当光调制元件50、52中的一个或两个用0伏电压来驱动时，来自第一光调制元件50或第二光调制元件52中任一个的出射光线可保持在垂直线偏振态。当光调制元件50、52中的一个或两个用大于阈值的电压（例如，在一个示例中，5伏）来驱动时，来自第一光调制元件50或第二光调制元件52中任一个的出射光可调制成/变成水平线偏振态。

[0049] 在另一个示例中，线偏振光线的偏振态代之可以通过不用电压驱动光调制元件50、52而调制。在这样的示例中，当光调制元件50、52中的一个或两个用0伏电压驱动时，来自第一光调制元件50或第二光调制元件52中任一个的出射光线可变成水平线偏振态。
当光调制元件50、52中的一个或两个用大于阈值的电压（例如，在一个示例中，5伏）来驱动时，来自第一光调制元件50或第二光调制元件52中任一个的出射光可保持在垂直线偏振态。

[0050] 第一光调制元件50和第二光调制元件52可包括许多材料。在一个示例，第一光调制元件50和第二光调制元件52可包括液晶。在其他示例中，第一光调制元件50和第二光调制元件52不限于液晶，而代之可以包括法拉第旋转器、光电晶体、波片等，其可以调制入射光的偏振态。同样，第一光调制元件50和第二光调制元件52可以包括相同/等同的材料，或在其他示例中，可以包括不同的材料。

[0051] 光学系统40可以包括一个或多个偏振器元件56。在图示的示例中，光学系统40包括一个偏振器元件56。然而，在其他示例中，光学系统40不限于包括单个偏振器元件，而代之可以包括多个偏振器元件。

[0052] 偏振器元件56可以滤除一个固定偏振态（例如水平或垂直线偏振态）中的线偏振光线。例如，在图示的示例中，偏振器元件56可以滤除垂直线偏振光线（例如，在该示例中e束光线）。如此，e束光线由偏振器元件56滤除而o束光线可以经过偏振器元件56。在其他示例中，偏振器元件56可以滤除水平线偏振光线（例如，在该示例中o束光线）。在这样的示例中，o束光线由偏振器元件56滤除而e束光线可以经过偏振器元件56。

[0053] 偏振器元件56可基于光反射机制来滤除线偏振光线。偏振器元件56可以包括例如聚合物偏振膜、光栅偏振器、格兰－泰勒（Glan-Taylor）偏振器、格兰－汤普森（Glan-Thompson）偏振器或块堆栈（piece stack）偏振器。在另一个示例中，偏振器元件56可基于光折射机制来滤除线偏振光线。在这样的示例中，偏振器元件56可包括例如洛匈（Rochon）偏振器或沃拉斯通（Wollaston）偏振器。在再另一个示例中，偏振器元件56可基于光吸收机制来滤除线偏振光线。在这样的示例中，偏振器元件56可包括聚合物偏振膜。

[0054] 在图3的图示示例中，光学系统40设置有最接近目标41的第一透镜46、后跟第一光调制元件50、第二透镜48、第二光调制元件52、偏振器元件56和成像器42。然而，在其他示例中，光学系统40不限于该设置。相反，元件（例如，第一和第二透镜、第一和第二光调制元件、偏振器元件，等）可以按不同的顺序设置。此外，使元件中的每个分开的距离不限于图示的示例。相反，因为图3的光学系统40未按比例绘制，元件可以比如图示的更接近或更远离地相隔。从而，应意识到示出的距离仅是一般的并且不视为参考。另外，可以提供另外的未示出的元件，其包括孔径、停止元件、额外的偏振器元件或类似物。

[0055] 仍参考图3，从第一透镜46或第二透镜48出射的o束光线64可以包括水平线偏振光线。该水平线偏振光线用倾斜的双箭头线“ ”来图示。从第一透镜46或第二透镜48出射的e束光线66可以包括垂直线偏振光线。该垂直线偏振光线用竖直双箭头线“”来图示。在图示的示例中，第一光调制元件50和第二光调制元件52可以在光调制元件50、52用电压（例如5伏）驱动时调制/改变经过光调制元件50、52的线偏振光线的偏振态。如此，当光调制元件50、52中的一个或两个打开（例如，用电压驱动）时，经过光调制元件50、
52的光将从o束光线64（“ ）变成e束光线66（“”）或从e束光线64（“”）变成o束光线66（“ ）。

[0056] 第一透镜46和第二透镜48中的每个可以包括两个分离的焦距fo和fe。特别地，第一透镜46包括两个焦距：对于经过第一透镜46的o束光线64的f1o和对于经过第一透镜46的e束光线66的f1e。同样，第二透镜48包括两个焦距：对于经过第二透镜48的o束光线64的f2o和对于经过第二透镜48的e束光线66的f2e。如此，经过第一透镜46的光（例如，o束光线64和e束光线66）可以形成两个焦平面图像，而经过第二透镜48的光也可以形成两个焦平面图像。

[0057] 在示例中，光学系统40可包括具有两个分离的焦距（例如，对于第一透镜46的f1和对于第二透镜48的f2）的两个透镜（例如，第一透镜46和第二透镜48）。这两个透镜可以分开距离“d”。如此，光学系统40可以具有“f”的总焦距。方程（1）代表光学系统的总焦距：（1）
现在可以描述在图3中图示的光学系统40的操作。在该示例中，第一光调制元件50和第二光调制元件52每个可以用电压打开（在图3中图示为“开”）和驱动。o束光线64和e束光线66每个可以经过第一透镜46，其分别具有焦距f1o和f1e。接着，经过第一光调制元件50（其在该示例中被打开）的o束光线64和e束光线66可以被调制/改变。特别地，o束光线64和e束光线66的偏振态将在经过第一光调制元件50时改变，使得o束光线64变成e束光线66，而e束光线66变成o束光线64。

[0058] o束光线64和e束光线66接着可以经过第二透镜48，其分别具有焦距f2o和f2e。o束光线64和e束光线66然后可以经过第二光调制元件52，其在该示例中被打开。在经过第二光调制元件52时，o束光线64和e束光线66被调制/改变，使得o束光线64和e束光线66的偏振态将改变。如此，经过第二光调制元件52的o束光线64将变成e束光线
66，而经过第二光调制元件52的e束光线66将变成o束光线64。

[0059] 在退出第二光调制元件52后，o束光线64和e束光线66可以到达偏振器元件56。在该示例中，偏振器元件56将滤除垂直线偏振光线（例如，e束光线66）。如此，o束光线64可以经过偏振器元件56而e束光线66被滤除并且被防止经过偏振器元件56。在该示例中，经过并且退出偏振器元件56的o束光线64可以聚焦在成像器42上。o束光线64在该示例中具有在方程（2）中示出的焦距：
（2）
现在转向图4，应意识到示出的距离（特别地，到目标41的距离）因为距离可以改变而仅是一般的并且不视为参考并且不应与图3进行比较。在图4中，光学系统40在第二操作模式中图示。在该示例中，第一光调制元件50可以用电压来打开（在图4中图示为“开”）和驱动，而第二光调制元件52可以关闭（在图4中图示为“关”）。o束光线64和e束光线66每个可以经过第一透镜46，其分别具有焦距f1o和f1e。接着，经过第一光调制元件50（其在该示例中被打开）的o束光线64和e束光线66可以被调制/改变。特别地，o束光线64和e束光线66的偏振态将改变，使得o束光线64变成e束光线66，而e束光线66变成o束光线64。

[0060] o束光线64和e束光线66接着可以经过第二透镜48，其分别具有焦距f2o和f2e。o束光线64和e束光线66然后可以经过第二光调制元件52，其在该示例中被关闭。在经过第二光调制元件52时，o束光线64和e束光线66未被调制/改变，使得在退出现有的第二光调制元件52时o束光线64和e束光线66的偏振态将保持相同。

[0061] 在退出第二光调制元件52后，o束光线64和e束光线66可以到达偏振器元件56。在该示例中，偏振器元件56将再次滤除垂直线偏振光线（例如，e束光线66）。如此，o束光线64将经过并且退出偏振器元件56。这些o束光线64将因此具有在方程（3）中示出的焦距：
（3）
现在转向图5，应意识到示出的距离（特别地，到目标41的距离）因为距离可以改变而仅是一般的并且不视为参考并且不应与图3或4进行比较。在图5中，光学系统40在第三操作模式中图示。在该示例中，第一光调制元件50可以关闭（在图5中图示为“关”），而第二光调制元件52可以用电压来打开（在图5中图示为“开”）和驱动。o束光线64和e束光线66每个可以经过第一透镜46，其分别具有焦距f1o和f1e。接着，o束光线64和e束光线66可以经过第一光调制元件50（其在该示例中被关闭）。在经过第一光调制元件50时，o束光线64和e束光线66未被调制/改变，使得在退出第一光调制元件50时o束光线64和e束光线66的偏振态将保持相同。

[0062] o束光线64和e束光线66接着可以经过第二透镜48，其分别具有焦距f2o和f2e。o束光线64和e束光线66然后可以经过第二光调制元件52，其在该示例中被打开。如此，o束光线64和e束光线66的偏振态将改变，使得o束光线64变成e束光线66，而e束光线66变成o束光线64。

[0063] 在退出第二光调制元件52后，o束光线64和e束光线66可以到达偏振器元件56。在该示例中，偏振器元件56将再次滤除垂直线偏振光线（例如，e束光线66），使得o束光线
64将经过并且退出偏振器元件56。这些o束光线64可以具有在方程（4）中示出的焦距：
（4）
现在转向图6，应意识到示出的距离（特别地，到目标41的距离）因为距离可以改变而仅是一般的并且不视为参考并且不应与图3-5进行比较。在图6中，光学系统40在第四操作模式中图示。在该示例中，第一光调制元件50和第二光调制元件52每个可以关闭（在图
5中图示为“关”）。o束光线64和e束光线66每个可以经过第一透镜46，其分别具有焦距f1o和f1e。接着，o束光线64和e束光线66可以经过第一光调制元件50（其在该示例中被关闭）。在经过第一光调制元件50时，o束光线64和e束光线66未被调制/改变，使得在退出第一光调制元件50时o束光线64和e束光线66的偏振态将保持相同。

[0064] o束光线64和e束光线66接着可以经过第二透镜48，其分别具有焦距f2o和f2e。o束光线64和e束光线66然后可以经过第二光调制元件52，其在该示例中也被关闭。如此，o束光线64和e束光线66未被调制/改变，使得在退出第二光调制元件52时o束光线64和e束光线66的偏振态将保持相同。

[0065] 在退出第二光调制元件52后，o束光线64和e束光线66可以到达偏振器元件56。在该示例中，偏振器元件56将再次滤除垂直线偏振光线（例如，e束光线66），使得o束光线
64将经过并且退出偏振器元件56。这些o束光线64可以具有在方程（5）中示出的焦距：
（5）
因此，如在方程（2）至（5）中图示的，通过控制第一光调制元件50和第二光调制元件
52，光学系统40可以提供四个不同的总焦距。另外，在一些示例中，光学系统40可以进一步提供足够大的焦距改变来实现光学变焦功能。离散焦距长度改变中的增加可以扩大光学系统40的聚焦调整范围，从而扩大用于查看目标41的场深度。

[0066] 假设第一透镜46包括由双折射材料制成的单个透镜，则第一透镜46可以包括两个表面曲率：C1和C2。曲率半径（由R指示）可以由方程：R=1/C表示。第一透镜46还可以包括折射率n，其包括对于两个不同偏振光线（例如，o束光线64和e束光线66）的折射率no和ne。因此，第一透镜46的焦距（f1）可以用方程（6）表示：（6）
接着，求方程（6）的微分将产生：
（7）
将dn=no-ne和n=no代入方程（7）将产生：
（8）
因为（no-ne）是相对小的（例如，大约0.01），方程（8）的剩余部分是恒定的。如此，df1大约是常数*0.01，使得焦距改变是相对小的。接着，可以假设：
（9）
将方程（9）代入方程（1）将产生：
（10）
求方程（6）的微分将产生：
（11）
因此，根据焦距（例如，f1）和距离（例如，d），df可以比df1大2至10倍。例如，在一个可能的示例中，f1=4mm，A=2，d=4mm。在这样的示例中，df=2.5*df1。如此，具有两个透镜（例如，第一透镜46和第二透镜48）的光学系统40可以使由单个透镜双折射材料指数改变形成的焦距改变放大2.5倍。另外，利用具有两个透镜（例如，第一透镜46和第二透镜48）的光学系统40、两个光调制元件（例如，第一光调制元件50和第二光调制元件52）和偏振器元件56，可以获得四个分离的焦距。从而，提供/供应到目标41的更大范围的距离。

[0067] 现在转向图7，图示第二示例光学系统140。该第二光学系统140为了说明性目的（例如，示出的距离仅是一般的）而略微一般/示意地图示。如与图3至6的光学系统40一样，第二光学系统140可以在视频探头组件20内使用，并且从而与手持机组件22、探头装置30等关联。

[0068] 在一个示例中，第二光学系统140可以包括与图3至6的光学系统40相似的至少一些特征。例如，第二光学系统140可以包括成像器42、第一透镜46、第二透镜48、第一光调制元件50、第二光调制元件52和偏振器元件56。这些特征大体上与在上文关于图3至7的光学系统描述的等同，并且不必再次详细地描述。

[0069] 第二光学系统140可以包括第三透镜146。在图示的示例中，第三透镜146可以邻近与第二透镜48相对的第二光调制元件52而安置。第三透镜146在一个示例中可以与第一透镜46或第二透镜48中的任一个相似或等同。特别地，第三透镜146可以包括双折射透镜，其相应地根据不同的折射率来折射具有不同偏振态的光。在一个示例中，第三透镜146可以包括钒酸钇（YVO4）用于使光折射。在其他示例中，第三透镜146可包括例如α-BBO晶体（BaB2O4）、方解石、铌酸锂、石英或这样的材料的组合等材料。然而，第三透镜146不限于这些材料，并且可以包括可以对应地根据不同的折射率来分解具有不同偏振态的光的其他材料，例如用于对光的不同偏振态形成不同的光路长度的一个或多个偏振分光棱镜。

[0070] 第二光学系统140可以包括第三光调制元件150。在图示的示例中，第三光调制元件150可以邻近与第二光调制元件52相对的第三透镜146而安置。第三光调制元件150在一个示例中可以与第一光调制元件50或第二光调制元件52中的任一个相似或等同。特别地，第三光调制元件150可以响应于控制信号来调制和/或改变线偏振光线的偏振态，其可以包括用电压来驱动。例如，入射到第三光调制元件150的光线可以处于垂直线偏振态。当第三光调制元件150用0伏电压来驱动时，来自第三光调制元件150的出射光线可保持在垂直线偏振态。当第三光调制元件150用大于阈值的电压（例如，在一个示例中5伏）来驱动时，来自第三光调制元件150的出射光线可变成水平线偏振态。

[0071] 要理解第二光学系统140不限于包括第一透镜46、第二透镜48和第三透镜146或第一光调制元件50、第二光调制元件52和第三光调制元件150。相反，在其他示例中，第二光学系统140可以包括比如示出的更多的透镜，例如通过包括总共四个透镜、五个透镜等。同样，第二光学系统140可以包括比如示出的更多的光调制元件，例如通过包括总共四个光调制元件、五个光调制元件，等。确实，额外的光学元件略微一般/示意地在图7中用虚线（例如，虚线160）表示。

[0072] 利用第三透镜146和第三光调制元件150，第二光学系统140可以提供比在上文关于图3至6图示的更大的焦距改变范围。确实，在示例中，第二光学系统140可以提供足够大的焦距改变来实现光学变焦以及聚焦调整。

[0073] 现在转向图8，图示第三示例光学系统240。该第三光学系统240为了说明性目的而略微一般/示意地图示。如与图3至6的光学系统40和图7的第二光学系统140一样，第三光学系统240可以与视频探头组件20（其包括手持机组件22、探头装置30，等）关联地使用。

[0074] 第三光学系统240在一个示例中可以包括与图3至6的光学系统40以及图7的第二光学系统140相似的至少一些特征。例如，第三光学系统240可以包括成像器42、第一透镜46、第二透镜48和第一光调制元件50。这些特征大体上与在上文关于图3至7的光学系统40描述的等同，并且不必再次详细地描述。

[0075] 第三光学系统240可以包括偏振器元件56。在该示例中，偏振器元件56可以旋转来滤除在一个固定偏振态（例如水平或垂直偏振态）中的线偏振光线。例如，在图示的示例中，偏振器元件56可以滤除垂直线偏振光线（例如，在该示例中，e束光线66）。如此，e束光线66由偏振器元件56滤除而o束光线64可以经过偏振器元件56。然而，偏振器元件56可以旋转（例如，在图8中绕z轴顺时针或逆时针旋转90°）来滤除水平线偏振光线（例如，o束光线64）。如此，一旦偏振器元件56旋转，o束光线64被过滤而e束光线66可以经过偏振器元件56。

[0076] 仍参考图8，现在可以描述第三光学系统240的操作示例。在该示例中，第一光调制元件50可以用电压打开（在图8中图示为“开”）和驱动。o束光线64和e束光线66每个可以经过第一透镜46，其分别具有焦距f1o和f1e。接着，经过第一光调制元件50（其在该示例中被打开）的o束光线64和e束光线66可以被调制/改变。特别地，o束光线64和e束光线66的偏振态将在经过第一光调制元件50时改变，使得o束光线64变成e束光线66，而e束光线66变成o束光线64。

[0077] o束光线64和e束光线66接着可以经过第二透镜48，其分别具有焦距f2o和f2e。o束光线64和e束光线66然后可以经过偏振器元件56。在该示例中，偏振器元件56未旋转，使得偏振器元件56可以滤除垂直线偏振光（例如，e束光线66）。如此，o束光线64可以经过偏振器元件56并且聚焦在成像器42上。o束光线64在该示例中具有在方程（12）中示出的焦距：
（12）
现在转向图9，应意识到示出的距离（特别地，到目标41的距离）因为距离可以改变而仅是一般的并且不视为参考并且不应与图8进行比较。在图9中，第三光学系统240在第二操作模式中图示。在该示例中，第一光调制元件50可以用电压来打开（在图9中图示为“开”）。偏振器元件56可以旋转（例如，用箭头一般/示意地图示的旋转250）。该旋转250可以在顺时针或逆时针方向上进行，并且在一个示例中，旋转250包括90°旋转。该旋转
250可以选择性地以许多方式来实现，例如用机械/机电结构或类似物。

[0078] o束光线64和e束光线66每个可以经过第一透镜46，其分别具有焦距f1o和f1e。接着，经过第一光调制元件50（其在该示例中别打开）的o束光线64和e束光线66然后可以被调制/改变。特别地，o束光线64和e束光线66的偏振态将改变，使得o束光线64变成e束光线66，而e束光线66变成o束光线64。

[0079] o束光线64和e束光线66接着可以经过第二透镜48，其分别具有焦距f2o和f2e。o束光线64和e束光线66然后可以经过第二光调制元件52，其在该示例中旋转。通过旋转，偏振器元件56可以滤除水平线偏振光线（例如，o束光线64）。如此，e束光线66可以经过偏振器元件56并且聚焦在成像器42上。e束光线66在该示例中具有在方程（13）中示出的焦距：
（13）
现在转向图10，应意识到示出的距离（特别地，到目标41的距离）因为距离可以改变而仅是一般的并且不视为参考并且不应与图8或9进行比较。在图10中，第三光学系统
240在第三操作模式中图示。在该示例中，第一光调制元件50可以关闭（在图10中图示为“关”）。o束光线64和e束光线66每个可以经过第一透镜46，其分别具有焦距f1o和f1e。
接着，经过第一光调制元件50（其在该示例中关闭）的o束光线64和e束光线66可未被调制/改变。

[0080] o束光线64和e束光线66接着可以经过第二透镜48，其分别具有焦距f2o和f2e。o束光线64和e束光线66然后可以经过偏振器元件56。在该示例中，偏振器元件56未旋转，使得偏振器元件56可以滤除垂直线偏振光（例如，e束光线66）。如此，o束光线64可以经过偏振器元件56并且聚焦在成像器42上。o束光线64在该示例中具有在方程（14）中示出的焦距：
（14）
现在转向图11，应意识到示出的距离（特别地，到目标41的距离）因为距离可以改变而仅是一般的并且不视为参考并且不应与图8-10进行比较。在图11中，第三光学系统240在第四操作模式中图示。在该示例中，第一光调制元件50可以关闭（在图11中图示为“关”）。
o束光线64和e束光线66每个可以经过第一透镜46，其分别具有焦距f1o和f1e。接着，经过第一光调制元件50（其在该示例中关闭）的o束光线64和e束光线66可未被调制/改变。

[0081] o束光线64和e束光线66接着可以经过第二透镜48，其分别具有焦距f2o和f2e。o束光线64和e束光线66然后可以经过偏振器元件56，其在该示例中旋转。通过旋转，偏振器元件56可以滤除水平线偏振光线（例如，o束光线64）。如此，e束光线66可以经过偏振器元件56并且聚焦在成像器42上。e束光线66在该示例中具有在方程（15）中示出的焦距：
（15）
因此，如在方程（12）至（15）中图示的，通过控制第一光调制元件50和偏振器元件56，第三光学系统240可以提供四个不同的总焦距。另外，在一些示例中，第三光学系统240可以进一步提供足够大的焦距改变来实现光学变焦功能。离散焦距长度改变中的增加可以扩大第三光学系统240的聚焦调整范围，从而扩大场深度。

[0082] 要意识到第三光学系统240的结构不专门局限于图8至11的示出位置。特别地，可以设置第一透镜46、第二透镜48、第一光调制元件50、偏振器元件56等的相对位置并且其不限于示出的位置。例如，在一个示例中，第一光调制元件50可以安置在第二透镜48与偏振器元件56之间同时仍提供两个不同的总焦距改变。

[0083] 现在转向图12，图示第四示例光学系统340。该第四光学系统340为了说明性目的（例如，距离是一般的）而略微一般/示意地图示。如与图3至6的光学系统40、图7的第二光学系统140以及图8至11的第三光学系统240一样，第四光学系统340可以与视频探头组件20（其包括手持机组件22、探头装置30，等）关联地使用。

[0084] 第四光学系统340在一个示例中可以包括与图3至6的光学系统40、图7的第二光学系统140以及图8至11的第三光学系统240相似的至少一些特征。例如，第四光学系统340可以包括成像器42、第一透镜46、第二透镜48和第一光调制元件50。这些特征大体上与上文描述的等同，并且不必再次详细地描述。

[0085] 第四光学系统340可以包括安置在第一透镜46（其与目标41相对）的侧面上的第二透镜48。第一光调制元件50可以安置在与第一透镜46相对的第二透镜48的侧面上。偏振器元件56可以安置在与第二透镜48相对的第一光调制元件50的侧面上。在该示例中，第一透镜46和第二透镜48可比在图3至11的示例中的间隔更远的距离。通过间隔更远的距离，第一透镜46和第二透镜48与具有单个透镜的光学系统相比可以提供更大的焦距改变。在操作中，第四光学系统340可以提供两个分离的焦距改变。

[0086] 要意识到第四光学系统340的结构不专门局限于图12的示出位置。特别地，可以设置第一透镜46、第二透镜48、第一光调制元件50、偏振器元件56等的相对位置并且其不限于示出的位置。例如，在一个示例中，第一光调制元件50可以安置在第二透镜48与偏振器元件56之间同时仍提供两个分离的总焦距改变。

[0087] 仍参考图12，第四光学系统340在第一操作模式中图示。在该示例中，第一光调制元件50可以打开（在图12中图示为“开”）。o束光线64和e束光线66每个可以经过第一透镜46，其分别具有焦距f1o和f1e。接着，o束光线64和e束光线66可以经过第二透镜48，其分别具有焦距f2o和f2e。接着，o束光线64和e束光线66可以经过第一光调制元件50，其在该示例中打开，从而促使o束光线64和e束光线66被调制/改变。特别地，o束光线64和e束光线66的偏振态在经过第一光调制元件50时被调制/改变，使得o束光线64变成e束光线66，而e束光线66变成o束光线64。

[0088] 在退出第一光调制元件50后，o束光线64和e束光线66可以到达偏振器元件56。在该示例中，偏振器元件56将滤除垂直线偏振光线（例如，e束光线66）。如此，o束光线64可以经过偏振器元件56而e束光线66被滤除并且被防止经过偏振器元件56。在该示例中，经过并且退出偏振器元件56的o束光线64可以聚焦在成像器42上。

[0089] 现在转向图13，应意识到示出的距离（特别地，到目标41的距离）因为距离可以改变而仅是一般的并且不视为参考并且不应与图12进行比较。在图13中，第四光学系统340在第二操作模式中图示。在该示例中，第一光调制元件50可以关闭（在图13中图示为“关”）。o束光线64和e束光线66每个可以经过第一透镜46，其分别具有焦距f1o和f1e。
接着，o束光线64和e束光线66可以经过第二透镜48，其分别具有焦距f2o和f2e。接着，o束光线64和e束光线66可以经过第一光调制元件50，其在该示例中被关闭。如此，经过第一光调制元件50的o束光线64和e束光线66可未被调制/改变，使得在退出第一光调制元件50时o束光线64和e束光线66的偏振态将保持相同。

[0090] 在退出第一光调制元件50后，o束光线64和e束光线66可以到达偏振器元件56，其滤除垂直线偏振光线（例如，e束光线66）。如此，经过偏振器元件56的o束光线64聚焦在成像器42上。

[0091] 现在转向图14，提供检查视频探头组件20的光学系统40、140、240、340的目标41的方法400。在示例中，该方法400包括提供多个透镜（例如，第一透镜46和第二透镜48）用于根据不同折射率来折射分离的线偏振光线（例如，o束光线64和e束光线66）以形成多个不同焦距的步骤402。例如，如上文描述的，光学系统40、140、240、340可以提供许多不同的焦距改变，例如通过提供两个不同的焦距、四个不同的焦距，等。

[0092] 在示例中，方法400包括将线偏振光线（例如，o束光线64和e束光线66）引导通过至少一个光调制元件（例如，第一光调制元件50和第二光调制元件52）的步骤404。在示例中，方法400包括使线偏振光线聚焦在成像器42上的步骤406。例如，经过偏振器元件56的o束光线64或e束光线66可以聚焦在成像器上。

[0093] 要意识到上文描述的光学系统40、140、240、340可以提供多个焦距改变，其可以在例如探头32中产生更大的场深度。利用更大的场深度，封闭区域内的目标可以用视频探头组件20更清楚地查看。此外，利用更大的焦距范围，还可实现更离散的变焦改变。

[0094] 已经参照上文描述的示例实施例描述本发明。其他人当其阅读并且理解该说明书时将想到修改和改动。包含本发明的一个或多个方面的示例实施例意在包括所有这样的修改和改动，只要它们落入附上的权利要求的范围内。