一种光镊实时移动操控系统技术方案

本发明专利技术适用于激光应用技术领域，提供了一种光镊实时移动操控系统，包括：操控装置，与操控装置通过数据线连接的成像装置和光镊捕获样品动态观察装置；操控装置，用于根据用户的实时移动操作获得三维位置数据，并根据三维位置数据获得相应的位相调制图，并通过数据线将位相调制图加载到成像装置；成像装置，用于根据入射光束和位相调制图产生可任意移动其三维位置的聚焦光斑，聚焦光斑能够捕获样品池内的样品，并最终成像在捕获样品显示装置上；光镊捕获样品动态观察装置，用于显示被聚焦光斑捕获的样品的实时移动状态。本发明专利技术通过操控装置、成像装置及观察装置的相互配合，可实现光镊的实时任意移动，提高了光镊移动的灵活性。

A Real-time Mobile Control System for Optical Tweezers

The invention is applicable to the field of laser application technology, and provides a real-time mobile control system of optical tweezers, including a manipulation device, an imaging device connected with the manipulation device through a data line and a dynamic observation device for optical tweezers to capture samples, and a manipulation device for obtaining three-dimensional position data according to the real-time mobile operation of users and obtaining corresponding phase modulation maps according to three-dimensional position data. The phase modulation image is loaded into the imaging device through the data line; the imaging device is used to generate the focusing spot which can move its three-dimensional position arbitrarily according to the incident beam and the phase modulation image, and the focusing spot can capture the sample in the sample pool and finally image on the capturing sample display device; the optical tweezers capture the sample dynamic observation device for displaying the sample captured by the focusing spot. Real-time moving status of products. The invention realizes the real-time arbitrary movement of optical tweezers through the cooperation of the manipulation device, the imaging device and the observation device, and improves the flexibility of the movement of optical tweezers.

【技术实现步骤摘要】
一种光镊实时移动操控系统
本专利技术属于激光应用
，尤其涉及一种光镊实时移动操控系统。
技术介绍
全息光镊技术是目前光镊多功能化发展的最重要方向。纽约州立大学的Girer教授是全息光镊的专利技术者，2003年，Girer教授首次在Nature杂志上预言全息光镊将会给光捕获带来革命性的发展。全息光镊的一个特点是可以产生多个光镊或阵列光镊，从而可以自由控制多个粒子，使得粒子的融合、吸附以及粒子间或粒子与表面的相互作用研究得到简化，如将病毒植入细胞过程的操控。全息光镊在对多粒子操控方面的优势，为光镊技术走向实用化打开了新局面。但是，全息光镊由于空间光调制器像素本身构成的二维光栅造成的衍射，导致光能利用率比较低，特别是对多光阱全息光镊，平均到每个光阱中的激光功率非常低，这会使得光阱的捕捉能力下降。原则上全息光镊可以产生任意形状，大小和位置的光阱。通过改变捕获光的相位分布，可以使捕获粒子在光阱中按设定的路线运动。这里光阱在设定路线上的位置决定了捕获光的相位分布。因此，对应每个位置的相位分布必须事先画好，才能连续加载到空间光调制器。这是所谓的动态单光阱全息光镊。在细胞研究方面，这种按事先设定路线移动的光镊很显然缺乏应有的灵活性，极大地限制了光镊的应用价值。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种光镊实时移动操控系统，旨在解决现有的光镊系统只能按照事先设定好的路线移动，灵活性差的问题。本专利技术实施例是这样实现的，一种光镊实时移动操控系统，包括：操控装置，与所述操控装置通过数据线连接的成像装置，以及光镊捕获样品动态观察装置；所述操控装置，用于根据用户的移动操作获得三维位置数据，并根据所述三维位置数据获得相应的位相调制图，并通过数据线将所述位相调制图加载到所述成像装置；所述成像装置，用于根据入射光束和所述位相调制图产生可任意移动其三维位置的聚焦光斑，所述聚焦光斑能够捕获样品池内的样品，并最终成像在所述光镊捕获样品动态观察装置上；所述光镊捕获样品动态观察装置，用于显示被所述聚焦光斑捕获的样品的实时移动状态。本专利技术实施例提供的光镊实时移动操控系统，可根据用户在操控装置上的移动操作获取三维位置数据，并根据该三维位置数据调用与之对应的位相调制图，并通过数据线将位相调制去加载到成像装置，使得成像装置可以根据该位相调制图产生可以任意移动其三维位置的聚焦光斑，该聚焦光斑能够捕获处于样品池内的样品(包括细胞、微粒等)，并最终成像在光镊捕获样品动态观察装置上，使得用户可以观察到被该聚焦光斑捕获的样品的实时移动状态，从而实现了光镊捕获样品的任意移动，不再需要事先设定光镊移动路径，大大提高了光镊移动的灵活性，这可使得光镊系统能够适用于研究很多无法预测的随机事件，比如，要将一个细胞随意移动或跟踪某一随机运动的病毒等，提高了光镊的应用范围和应用价值，具有重要的科学意义。附图说明图1是本专利技术实施例提供的光镊实时移动操控系统的结构示意图；图2是本专利技术实施例提供的一种操控装置的模块结构示意图；图3是本专利技术实施例提供的一种三维位置数据获取单元的结构示意图；图4是本专利技术实施例提供的一种二维图像控件示意图；图5是本专利技术实施例提供的一种垂直滑动控件示意图；图6是本专利技术实施例提供的一种位相调制图；图7是本专利技术实施例提供的一种操控装置的操控框图；图8是本专利技术实施例提供的一种光镊实时移动操控系统的结构示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。在本专利技术实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本专利技术。在本专利技术实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。本专利技术实施例提供的光镊实时移动操控系统，可根据用户在操控装置上的移动操作获取三维位置数据，并根据该三维位置数据调用与之对应的位相调制图，并通过数据线将该位相调制图加载到成像装置，使得成像装置可以根据该位相调制图产生可以任意移动其三维位置的聚焦光斑，该聚焦光斑能够捕获处于样品池内的样品(包括细胞、微粒等)，并最终成像在光镊捕获样品动态观察装置上，使得用户可以观察到被该聚焦光斑捕获的样品的实时移动状态，从而实现了光镊捕获样品的任意移动，不再需要事先设定光镊移动路径，大大提高了光镊移动的灵活性。图1为本专利技术实施例提供的光镊实时移动操控系统的结构示意图，为了便于说明，图中仅示出了与本专利技术实施例相关的部分，详述如下：如图1所示，本专利技术实施例提供的光镊实时移动操控系统，包括：操控装置100，与操控装置100通过数据线连接的成像装置200，以及光镊捕获样品动态观察装置300。操控装置100，用于根据用户的移动操作获得三维位置数据，并根据所述三维位置数据获得相应的位相调制图，并通过数据线将所述位相调制图加载到所述成像装置200。在本专利技术实施例中，操控装置100可以是台式计算机，该台式计算机安装有Labview软件，并带有可连接到空间光调制器的数据线接口。在本专利技术的一个实施例中，用户可通过鼠标等移动器件在操控装置100的屏幕上进行任意的移动点击如图4中的xy坐标轴交叉点，从而实时改变xy二维位置数据，与此同时，用户可任意实时移动在操控装置100的屏幕上的一维滑杆上的浮标，从而实时改变z轴坐标值，进而获得一任意的三维位置数据(即三维位置坐标值)。并且，根据当前的三维坐标值获得与之对应的位相调制图。其中，位相调制图，是指代表光束横截面0到2π的调制位相分布的可被空间光调制器识别和执行的归一化的黑白灰度图。在本专利技术实施例中，根据傅里叶变换相移定理，来确定二维位置移动对应的相位调制值，以及根据理查德-沃尔夫矢量衍射积分公式确定轴向移动光斑所需要的位相调制值。在本专利技术实施例中，操控装置100根据三维位置数据获得相应的位相调制图，其中该位相调制图是事先根据每一个三维位置计算好的。在实际应用中，当用户移动操控装置100屏幕上的xy平面坐标交叉点和一维滑杆上的游标产生三维位置数据时，即可调用与该三维位置数据相应的位相调制图。成像装置200，用于根据入射光束和位相调制图产生可任意移动其三维位置的聚焦光斑，聚焦光斑能够捕获样品池内的样品，并最终成像在光镊捕获样品动态观察装置300上。其中，位相调制图决定了光斑聚焦的三维位置，这两者之间是一一对应的。在本专利技术实施例中，成像装置200根据光源入射光束以及从操控装置100处加载过来的位相调制图，产生任意可移动其三维位置的聚焦光斑，即实时改变聚焦光斑的三维位置，使得聚焦光斑可以任意移动并捕获样品池内的样品(如细胞、微粒等)，并且通过一系列的光学成像器件，最终使得样品可成像在光镊捕获样品动态观察装置300上。光镊捕获样品动态观察装置300，用于显示被聚焦光斑捕获的样品的实时移动状态。在本专利技术实施例中，光镊捕获样品动态观察装置300可以是台式计算机。在本专利技术的一个实施场景中，当用户使用鼠标在操控装置100的屏幕上任意移动或滑动时，随即将根据该移动或滑动操作获得的位相调制图加载到成像装置200上，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光镊实时移动操控系统，其特征在于，包括：操控装置，与所述操控装置通过数据线连接的成像装置，以及光镊捕获样品动态观察装置；所述操控装置，用于根据用户的实时移动操作获得三维位置数据，并根据所述三维位置数据获得相应的位相调制图，并通过数据线将所述位相调制图加载到所述成像装置；所述成像装置，用于根据入射光束和所述位相调制图产生可任意移动其三维位置的聚焦光斑，所述聚焦光斑能够捕获样品池内的样品，并最终成像在所述光镊捕获样品动态观察装置上；所述光镊捕获样品动态观察装置，用于显示被所述聚焦光斑捕获的样品的实时移动状态。

【技术特征摘要】
1.一种光镊实时移动操控系统，其特征在于，包括：操控装置，与所述操控装置通过数据线连接的成像装置，以及光镊捕获样品动态观察装置；所述操控装置，用于根据用户的实时移动操作获得三维位置数据，并根据所述三维位置数据获得相应的位相调制图，并通过数据线将所述位相调制图加载到所述成像装置；所述成像装置，用于根据入射光束和所述位相调制图产生可任意移动其三维位置的聚焦光斑，所述聚焦光斑能够捕获样品池内的样品，并最终成像在所述光镊捕获样品动态观察装置上；所述光镊捕获样品动态观察装置，用于显示被所述聚焦光斑捕获的样品的实时移动状态。2.如权利要求1所述的操控系统，其特征在于，所述操控装置包括：三维位置数据获取单元，用于实时获取光镊的三维位置数据；以及位相调制图获取单元，用于根据所述三维位置数据获得相应的位相调制图，并通过数据线将所述位相调制图加载到所述成像装置。3.如权利要求2所述的操控系统，其特征在于，所述三维位置数据获取单元包括二维图像控件，用于自动读取用户操控鼠标在所述操控装置的屏幕上的二维平面的实时移动所产生的任意x、y轴坐标值；垂直滑动控件，用于自动读取用户在所述操控装置的屏幕上实时移动一维滑杆所产生的任意z轴坐标值；以及三维位置确定模块，用于根据所述x、y轴坐标值和z轴坐标值确定当前移动的三维位置坐标(x，y，z)；所述位相调制图获取单元，用于根据所述三维位置坐标调用相应的位相调制图...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈建农，
申请(专利权)人：鲁东大学，
类型：发明
国别省市：山东,37