可以在大约80微米和大约2000微米之间。
[0073]为了进一步增加TIR的效率，棒170的输出端174的截面尺寸可比输入端172的尺寸大(即输入端面的面积可大于输出端面的面积)，而在一些情况下大很多。这增加了可内部反射的光的数量。在一个实施例中，输出端面的尺寸可与期望视场和/或记录传感器大约相同的尺寸。通过使输出端面的尺寸与要被照明的视场的尺寸平衡，棒下游的透镜可被选择成提供最佳通过量，而不是如传统系统中的基于充满目标区域所需的放大量。这进一步增加系统的效率，并且避免对光的分布加重内在的不规则性。尽管锥形棒(即输出面比输入面大)的使用降低离开棒170的光的数值孔径(NA)，但这可以是有利的，因为较低NA光更加易于有效地准直并传递至物镜。
[0074]均化棒170可以如5mm那样短和如所需那样长。在一些实施例中，均化棒170长度上可在30mm与200mm之间，优选40mm至100mm。其他长度也是可以的。通常，较长的长度提供较好的均化光但呈现较高的损失，而较短的长度较好地保留总体强度但没有那么均勾。输入端面的每个边缘的长度可以在大约0.005mm和大约15mm之间，优选大约Imm至大约3_。因此，输入端面的面积可以在大约0.000025mm2和大约225mm2之间，优选大约Imm2至 9mm2。
[0075]输出端面的每个边缘的长度可以在大约0.32mm和大约32mm之间，优选大约Imm到大约10mm。因此，输出端面的面积可以在大约0.1mm2和大约100mm2之间，优选大约Imm2至100mm2。其他面积也是可以的。另外，输出端面的面积可为输入端面的面积的大约I倍和大约1000倍之间，优选I倍到10倍。在一个实施例中，输出端面的面积大于输入端面的面积至少3倍。在一个实施例中，输出端面的面积大于输入端面的面积至少11倍。
[0076]某些均化棒几何结构可能不提供高效率结果，但每个唯一的系统设计可针对高效率结合特定的锥形、长度和端面尺寸。抛物面或球面的进入与离开表面也可被使用，并且可能够减少均化棒的下游透镜。
[0077]均化棒170包含光可穿透又具有高内部反射率的材料。作为示例，可使用玻璃、塑料等。例如，融合的二氧化硅和N-BK7是可用于均化棒170的两种普通玻璃材料。其他材料也是可以的。如果需要的话，均化棒170的侧面184可被涂敷反射性材料以防止可能影响照明图案的杂散光进入光学路径，尽管这不是要求的。替代地或结合地，可使用护罩，诸如在下讨论的。但这也不是要求的。
[0078]当经过输入端面176输入圆形光束时，光经过棒170纵向地传播到输出端174，随着它接触侧面184在内部反射。作为内反射的结果，发生了棱镜效应，使得所得的离开光束分布(光瞳平面)包含散焦的和分布的(在样本或目标平面)输入光束的多个图像的阵列。
[0079]图6A-6C不出多个反射的不例。图6A和6B不出光束的强度分布，该光束传播经过并离开临界照明方案中的均化棒170。如图6A所示，当光束在输入端面176处进入棒170时，它呈现一般高斯分布190。在传播过棒170之后，光经过输出端面178离开该棒，呈现图6B中所示的分布192。此外，棒的输出光瞳平面分布包括3x3阵列(对于此特定棒几何结构)中的输入光束的多个图像，如图6B所示。注意，阵列中的图像中的每个呈现与阵列中的其他图像相似的强度。如此，输出平面分布192比输入端面分布190示出更加均匀的强度分布并且未呈现相同类型的中心强度峰值。
[0080]离开的光远离输出端面178传播且经由标准的临界照明光学装置传播到位于输出端面远处的样本平面，阵列图像彼此混合和融合在样本平面。在样本平面，光束呈现图6C中示出的强度分布194，匹配输出端面的尺寸和形状。如图所示，样本平面分布194不再包括图像的阵列。相反，样本平面分布194具有非常高的均匀性，强度级均匀地分布在整个剖面上。另外，棒170的尺寸和形状使样本平面处的输出光束具有与输出端面的尺寸和形状匹配的照明斑点尺寸和形状。因此，棒170将具有高度非均匀化的强度分布的小的圆形输入光束转化为具有高度均匀化的分布且匹配可用图像区域的较大的正方形输出光束。
[0081]因此，输出光束可比输入光束提供更加均匀的照明以照明目标且可被优化成将照明仅提供至需要被记录相机的正方形传感器记录的目标量，导致较大的效率。因此，由原始光源提供的总信号强度可较小，由此需要较低的功率来产生它。
[0082]如上所指出，均化棒170比常规用于均化照明光的其他设备具有较少的损失且需要较少的空间。另外，棒170可在数十毫米内获得此效果，而不是数米。在临界照明方案中使用均化棒170的均匀输出在样本平面中导致非常高的均匀性，而且照明斑点尺寸和形状匹配棒的输出端面178。如下反映出，即使输出在光瞳平面(角空间)具有非常低的均匀性，如图6B所示，但在样本平面的均匀性是非常高的，如图6C所示。
[0083]为了使均化器棒适当地工作，它必须对准输入光源。在一个实施例中，光源直接地或者通过透镜、反射镜和其他光学设备向棒提供光信号。例如，可通过粘合剂、夹具、连接器或其他固定方法将用作光源的LED固定到棒的输入端面以向该棒直接地提供光信号。在另一个示例中，来自LED的信号可使用聚光透镜和反射镜以使该LED光变成入射在棒的输入端面上。例如以与如前完成的类似的方式可实现将LED光聚焦在多模光导的端上。
[0084]在另一个实施例中，光导被用于将光束运载到棒。图7-10示出根据本发明的光学均化器200，配置为从诸如光纤光缆之类的光导202接收输入光束。光学均化器200包含中空的通常圆柱形的外壳204，其中可放置均化棒。外壳204从近端206纵向延伸至远端208。光导适配器210，诸如例如光纤适配器，位于外壳204的近端206。适配器210成形为并按尺寸设计为接受和可释放地固定光导。如图8中示出，适配器210被配置为接受具有光纤202的暴露端面214的光纤连接器212。可通过任何期望的附连装置(诸如通过螺纹(threaded)连接、卡销(bayonet)连接、压配连接、粘合剂等)将适配器21附连到外壳204。在所示的实施例中，适配器210和外壳204具有配合螺纹(未示出)从而使得适配器可被固定到外壳。
[0085]光学窗口 216位于外壳204的远端。光学窗口 216为光束可穿过的玻璃或塑料的一般盘状件。为了最佳性能，光学窗口可具有与均化棒170相同或相似的折射率。
[0086]均化棒(诸如上述的均化棒170)位于外壳204内适配器210与光学窗口 216之间，从而当光导连接器212被接受到适配器210内时，棒170的输入和输出端面176和178分别邻接或直接接触光导端面214和光学窗口 216。因此，以与上文所讨论的类似的方式，来自光导202的变化强度的圆形光束可经由输入端面176进入均化棒170，并且被转化为更加均匀分布的较大的正方形或矩形光束，该光束经由输出端面178离开均化棒170并且穿过光学窗口 216。如果需要的话，折射率匹配液可被用在棒170的输入和/或输出端以增加输入端面176与光导端面214之间的以及输出端面178与光学窗口 216之间的效率。外壳204可用作均化棒170周围的护罩以防止杂散光进入光学路径，可能影响照明图案。如上所述，棒170的侧面184可替代地或与护罩结合地包括涂层。
[0087]光学窗口提供了独特的益处。它可被用于在外壳204内固定均化棒170，同时允许来自均化棒的整个输出面的光从中穿过。弹簧等可被用于辅助光学窗口 216来固定均化棒170，如在下文中讨论。另外，光学窗口可被用户使用来操纵棒170而不直接触摸该棒。由直接接触而非故意地转移到棒的任何油或其他材料可不利地影响该棒的性能，由于其反射属性中的变化。因此，能够操纵该棒而没有直接接触可以是非常有益处的。非光学夹具可被用来代替光学窗口 216，但是可能失去使用光学窗口的很多益处。
[0088]盖218位于外壳204的远端208以将多种部件保持在该外壳内。盖218形成通过它完全延伸的孔径220的边界。因此，在穿过光学窗口 216之后，离开光束可穿过孔径220以离开光学均化器200.可通过任何期望的附连装置(诸如通过螺纹连接、卡销连接、压配连接、粘合剂等)将盖218附连到外壳204。在图示的实施例中，使用螺钉222将盖218附连到外壳204。
[0089]光学均化器200进一步包括关于光导202定位均化棒的装置。定位该棒的装置可将棒170轴向地对准光导连接器212和/或纵向定位棒170从而使得输入端面176邻接并压靠光导端面214。出于上述的目的，棒170与光导连接器212的轴向对准意味着棒170的光轴与光导连接器212彼此对准。
[0090]为了轴向对准棒170，使用一对定位器230、232。定位器230和232分别定位均化棒170的输入和输出端172和174从而使得均化棒170的光轴与光导连接器212彼此对准，如图8所示。定位器230、232可通过被分别称为近端定位器230和远端定位器232来区分。
[0091]每个定位器按尺寸设计为保持在外壳204内的同一轴向位置，而与定位器的纵向运动无关。如此，每个定位器在形状上一般为圆柱形并且被设置在外壳204中的对应圆柱形孔234内。每个定位器是中空的以允许棒170从中穿过。近端和远端定位器230和232分别接触和固定棒170的输入和输出端172和174以将棒170轴向地置于中心。因此，棒170可保持与光导连接器212轴向地对准。
[0092]这可通过数个方式来实现。例如，在一个实施例中，使用一个或多个臂。分别在近端定位器和远端定位器的近端和远端:一个和多个臂可朝向棒170向内轴向地延伸。该臂按尺寸设计成并被设置成接触棒170以将该棒170轴向地置于中心。数个臂可针对每个定位器而变化。在另一个实施例中，可使用圆形端壁来代替臂。圆形端壁可在一个或两个定位器上向内轴向地延伸以接触棒170。在一个实施例中，圆柱形壁本身可接触棒170。在图示的实施例中，近端定位器230采用多个臂，而远端定位器232自身使用圆柱形壁。
[0093]为了轴向地定位棒170，使用多个弹簧。在图示的实施例中，使用近端弹簧240、中间弹簧242和远端弹簧244。远端弹簧244被设置在光学窗口 216的远端并且将光学窗口216紧紧地推压均化棒170的输出端面178。这种接近力经由均化棒170延伸从而使得输入端面176推压着光导端面214。如此，可使用单个远端弹簧244而无需其他弹簧，如果需要的话。
[0094]然而，通常期望光导端面处有最小的接触力以改进与它的光学连接。因此，可期望最小化均化棒170与光导202之间的接触力而保持较大的力将光学窗口 216推压棒170的输出端面178。实现此目的一个方式是使用近端和中间弹簧240和242来吸收由远端弹簧244导致的输入力中的一些。在图示的实施例中，以分别在近端和远端定位器230和232引起回推(pushback)远端力的方式将近端和中间弹簧240和242设置在外壳204中。在一个实施例中，合成的回推远端力近似等于由远端弹簧244施加的近端力从而使得棒170的输入端面176邻接但不推压光导202的端面214。在一个实施例中，合成的回推远端力小于由远端弹簧244施加的近端力从而使得棒170的输入端面176轻微地推压光导202的端面