一种基于光学能量传输方程的自搭建显微成像系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于光学能量传输方程的自搭建显微成像系统，包括支架、光源机构、显微镜主体、位置调节机构、置物板及变焦成像机构；变焦成像机构包括第一透镜、电控变焦透镜、第二透镜及相机。本发明专利技术的有益效果是：改变电控变焦透镜的焦距，而不对被测样品或相机进行机械移动，其效果与现有技术中不改变焦距而移动被测样品或相机相同，但可以实现三维定量相位的高速测量；同时，通过在镜筒与支架之间增设位置调节机构，从而为显微镜主体提供了水平和纵向两个方向上的自由度，因此，光学系统可以通过水平或纵向方向的移动进行校准，从而显著提高了系统校准的精确度与简便性，同时大大节省了系统校准的时间，提高相位测量效率。提高相位测量效率。提高相位测量效率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于光学能量传输方程的自搭建显微成像系统


[0001]本专利技术涉及三维形貌测量
，尤其是涉及一种基于光学能量传输方程的自搭建显微成像系统。

技术介绍

[0002]在工业制造领域中，物体三维形貌信息对制造过程控制具有重要意义。光线照射在物体上，物体的三维形貌会影响光波的波前与相位分布。因此，通过计算相位便可以获得物体的深度信息。然而，当前所有的光学信号探测设备（如互补金属氧化物半导体型和电荷耦合器件型相机）等设备只能记录光强，不能记录相位信息。因此，必须采用特定的方法从强度探测信号中解调出相位信息。光学能量传输方程技术是一种典型的光学相位提取方法。不同于传统的基于光学干涉技术的相位测量方法（如申请号为CN201911050178.6的专利技术专利），光学能量传输方程本质上是一个偏微分方程，它描述了近轴近似状态下光的相位和强度之间满足的一阶偏导关系。从原理上，可以用多个轴向位移平面上的光场强度，求解光学能量传输方程，即可获得相位信息。这使得基于光学能量传输方程的光学系统设计比基于光学干涉方法的紧凑和简洁的多。
[0003]传统的基于光学能量传输方程的相位测量系统，其往往需要机械移动被测样品或相机，从而无法实现三维定量相位的高速测量，同时，现有的基于光学能量传输方程的相位测量系统难以进行校准，以补偿光学元件装配产生的同轴度与平行度误差，导致求解相位信息的效率与精确性较低。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，有必要提供一种基于光学能量传输方程的自搭建显微成像系统，用以解决传统的基于光学能量传输方程的相位测量系统，需要机械移动被测样品或相机，从而无法实现三维定量相位的高速测量，以及难以进行校准，以补偿光学元件装配产生的同轴度与平行度误差，导致求解相位信息的效率与精确性较低的技术问题。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术提供了一种基于光学能量传输方程的自搭建显微成像系统，包括支架、光源机构、显微镜主体、位置调节机构、置物板及变焦成像机构；所述光源机构固定于所述支架上；所述显微镜主体包括镜筒、目镜及物镜，所述目镜及所述物镜均固定于所述镜筒内；所述位置调节机构与所述镜筒连接、并用于调节所述镜筒的高度及前后位置；所述置物板固定于所述支架上、并位于所述光源机构与所述物镜之间；所述变焦成像机构包括第一透镜、电控变焦透镜、第二透镜及相机，所述第一透镜的前焦面位于所述目镜的像平面，所述电控变焦透镜位于所述第一透镜的后焦面、并位于所述第二透镜的前焦面；所述相机的镜头位于所述第二透镜的后焦面。
[0006]在一些实施例中，所述光源机构包括照明套件、透射照明模块、聚光镜及滤光片，
所述透射照明模块的输入端与所述照明套件的输出端连接，所述透射照明模块的输出端朝向所述聚光镜设置，所述滤光片设置于所述聚光镜与所述置物板之间。
[0007]在一些实施例中，所述位置调节机构包括前后位置调节组件、移动块及上下位置调节组件，所述前后位置调节组件与所述支架及所述移动块均连接、并用于调节所述移动块的前后位置，所述上下位置调节组件与所述移动块及所述镜筒均连接、并用于调节所述镜筒的高度。
[0008]在一些实施例中，所述支架上开设有沿水平方向延伸的第一导向孔及第一螺孔；所述前后位置调节组件包括第一导向杆及前后位置调节螺杆，所述第一导向杆滑动插设于所述第一导向孔内，所述第一导向杆与所述移动块固定连接，所述前后位置调节螺杆螺纹连接于所述第一螺孔内，所述前后位置调节螺杆与所述移动块转动连接。
[0009]在一些实施例中，所述前后位置调节组件还包括第一轴承，所述第一轴承的内圈固定套设于所述前后位置调节螺杆上，所述第一轴承的外圈与所述移动块固定连接。
[0010]在一些实施例中，所述移动块上开设有沿竖向延伸的第二导向孔及第二螺孔；所述上下位置调节组件包括第二导向杆及上下位置调节螺杆，所述第二导向杆滑动插设于所述第二导向孔内，所述第二导向杆与所述镜筒固定连接，所述上下位置调节螺杆螺纹连接于所述第二螺孔内，所述上下位置调节螺杆与所述镜筒转动连接。
[0011]在一些实施例中，所述上下位置调节组件还包括第二轴承，所述第二轴承的内圈固定套设于所述上下位置调节螺杆上，所述第二轴承的外圈与所述镜筒固定连接。
[0012]在一些实施例中，所述变焦成像机构还包括矩形光阑，所述矩形光阑设置于所述目镜的像平面。
[0013]在一些实施例中，所述变焦成像机构还包括防护套筒，所述第一透镜、所述电控变焦透镜、所述第二透镜及所述相机均内置于所述防护套筒内。
[0014]在一些实施例中，所述基于光学能量传输方程的自搭建显微成像系统还包括底座，所述支架固定于所述底座上。
[0015]与现有技术相比，本专利技术提出的技术方案的有益效果是：在使用时，改变电控变焦透镜的焦距，而不对被测样品或相机进行机械移动，其效果与现有技术中不改变焦距而移动被测样品或相机相同，但可以实现三维定量相位的高速测量（因为相对于移动被测样品或相机来说，调节电控变焦透镜的焦距更为便利）；同时，通过在镜筒与支架之间增设位置调节机构，从而为显微镜主体提供了水平和纵向两个方向上的自由度（即显微镜测头可以水平和纵向机械移动），因此，光学系统可以通过水平或纵向方向的移动进行校准，从而显著提高了系统校准的精确度与简便性，同时大大节省了系统校准的时间，提高相位测量效率，且具有满足其他光学实验的通用性。
附图说明
[0016]图1是本专利技术提供的基于光学能量传输方程的自搭建显微成像系统的一实施例的结构示意图；图2是图1中的位置调节机构的结构示意图；图3是图1中的变焦成像机构的立体结构示意图（省略防护套筒）；图4是本专利技术的一实施例进行光路系统校准时，变焦过程中图像的变化图；
图5是图1中的实施例进行光路系统校准时，在焦时的图像和离焦时的图像；图6是光学系统校准前和校准后微透镜阵列的三维定量相位恢复图；图中：1
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支架、2
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光源机构、21
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照明套件、22
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透射照明模块、23
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聚光镜、24
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滤光片、3
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显微镜主体、31
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镜筒、32
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目镜、33
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物镜、4
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位置调节机构、41
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前后位置调节组件、411
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第一导向杆、412
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前后位置调节螺杆、413
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第一轴承、42
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移动块、43
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上下位置调节组件、431
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第二导向杆、432
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上下位置调节螺杆、433
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第二轴承、5
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置物板、6
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变焦成像机构、61
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第一透镜、62
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电控变焦透镜、63
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第二透镜、64
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于光学能量传输方程的自搭建显微成像系统，其特征在于，包括支架、光源机构、显微镜主体、位置调节机构、置物板及变焦成像机构；所述光源机构固定于所述支架上；所述显微镜主体包括镜筒、目镜及物镜，所述目镜及所述物镜均固定于所述镜筒内；所述位置调节机构与所述镜筒连接、并用于调节所述镜筒的高度及前后位置；所述置物板固定于所述支架上、并位于所述光源机构与所述物镜之间；所述变焦成像机构包括第一透镜、电控变焦透镜、第二透镜及相机，所述第一透镜的前焦面位于所述目镜的像平面，所述电控变焦透镜位于所述第一透镜的后焦面、并位于所述第二透镜的前焦面；所述相机的镜头位于所述第二透镜的后焦面。2.根据权利要求1所述的基于光学能量传输方程的自搭建显微成像系统，其特征在于，所述光源机构包括照明套件、透射照明模块、聚光镜及滤光片，所述透射照明模块的输入端与所述照明套件的输出端连接，所述透射照明模块的输出端朝向所述聚光镜设置，所述滤光片设置于所述聚光镜与所述置物板之间。3.根据权利要求1所述的基于光学能量传输方程的自搭建显微成像系统，其特征在于，所述位置调节机构包括前后位置调节组件、移动块及上下位置调节组件，所述前后位置调节组件与所述支架及所述移动块均连接、并用于调节所述移动块的前后位置，所述上下位置调节组件与所述移动块及所述镜筒均连接、并用于调节所述镜筒的高度。4.根据权利要求3所述的基于光学能量传输方程的自搭建显微成像系统，其特征在于，所述支架上开设有沿水平方向延伸的第一导向孔及第一螺孔；所述前后位置调节组件包括第一导向杆及前后位置调节螺杆，所述第一导向杆滑动插设于所述第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴启哲，李泽迪，赵杭，于哲，
申请(专利权)人：板石智能科技深圳有限公司，
类型：发明
国别省市：