一种液态显微光学系统的制作方法

1.本实用新型涉及光学技术领域，尤其是指一种液态显微光学系统。


背景技术：

2.显微镜通常有手动对焦和自动对焦两种方式，手动对焦方式存在对焦时间长的缺点，并需要人为主观判断是否对焦清晰，而不同的人主观判断又有差别，这就会使对焦的准确度降低。现有的自动对焦技术，通常是电机驱动变焦镜片组轴向移动，进行机械变焦，虽然该对焦方式无需人为操作，完全自动化对焦，提高了对焦准确度，但机械式的往返运动会造成磨损，且电机驱动的对焦速度慢，还会引入电机噪声，而整体机构较为复杂，占用空间大，不适用于小型化的显微成像系统。


技术实现要素：

3.为此，本实用新型所要解决的技术问题在于克服现有技术中机械调焦对焦速度慢和引入电机噪声的问题，通过液态透镜改变焦距，这也就消除了因机械运动带来的磨损，噪声小，稳定性好，响应速度快。
4.为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种液态显微光学系统，包括：
5.发光组件，所述发光组件包括第一光源和光栅，所述第一光源经所述光栅形成携带光栅图案信息的光束，所述携带光栅图案信息的光束照射在待测物体上，获得第一反射光束；
6.显微放大组件，所述显微放大组件设置在待测物体的一侧以将第一反射光束放大，获得待测光束；
7.第一分光调节组件，所述第一分光调节组件对所述待测光束调制以获得光程不同的第一待测分光束和第二待测分光束；
8.第一传感器，所述第一传感器采集第一待测分光束和第二待测分光束的成像信息；
9.调焦组件，其与所述第一传感器连接，所述调焦组件包括液态透镜，根据所述第一传感器的采集的成像信息调节所述液态透镜的屈光度以实现显微光学系统的对焦。
10.作为优选的，所述第一光源为红外点光源。
11.作为优选的，还包括打光组件和第二传感器；
12.所述打光组件包括第二光源，所述第二光源发出的光束照射在待测物体上，获得第二反射光；
13.所述第二传感器采集所述第二反射光的成像信息。
14.作为优选的，所述第二光源为白光点光源。
15.作为优选的，还包括第一滤光元件，所述第一滤光元件位于所述第一传感器的前端，所述第一滤光元件为白光滤光片。
16.作为优选的，还包括第二滤光元件，所述所述第二滤光元件位于所述第二传感器
的前端，所述第二滤光元件为红外滤光片。
17.作为优选的，所述第二传感器为面阵传感器。
18.作为优选的，所述显微放大组件包括目镜和物镜，所述液态透镜位于所述物镜与所述目镜之间。
19.作为优选的，所述第一分光调节组件包括第一分光镜和第一反射镜，所述待测光束经所述第一分光镜分束成第一待测分光束和第二待测分光束，所述第二待测分光束经所述第一反射镜反射以在第一传感器的第一位置点成像，所述第一待测分光束在所述第一传感器的第二位置点成像。
20.作为优选的，所述第一传感器为线阵传感器。
21.本实用新型的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
22.1、本实用新型通过引入液态透镜，改变液态透镜的屈光度，而液态透镜的屈光度响应时间在毫秒量级，大大提高了自动对焦光学系统的对焦速度，且整个光学系统在对焦过程中没有机械运动，是通过液态透镜改变焦距，这也就消除了因机械运动带来的磨损。
23.2、本实用新型体积小，结构紧凑，噪声小，稳定性好。
附图说明
24.为了使本实用新型的内容更容易被清楚的理解，下面根据本实用新型的具体实施例并结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明。
25.图1是本实用新型的光路图。
26.说明书附图标记说明：10、第一光源；11、光栅；20、物镜；21、液态透镜；22、目镜；30、第一分光镜；31、第一反射镜；32、第一传感器；33、第一滤光元件；40、第二光源；41、第二传感器；42、第二滤光元件；50、第二反射镜；51、第二分光镜；52、第三分光镜；53、第四分光镜；60、待测物体。
具体实施方式
27.下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本实用新型并能予以实施，但所举实施例不作为对本实用新型的限定。
28.参照图1所示，本实用新型公开了一种液态显微光学系统，包括发光组件、显微放大组件、第一分光调节组件、第一传感器32和调焦组件。
29.发光组件包括第一光源10和光栅11，第一光源10经光栅11形成携带光栅图案信息的光束，携带光栅图案信息的光束照射在待测物体60上，获得第一反射光束。显微放大组件设置在待测物体60的一侧以将第一反射光束放大，获得待测光束。第一分光调节组件对待测光束调制以获得光程不同的第一待测分光束和第二待测分光束。第一传感器32采集第一待测分光束和第二待测分光束的成像信息。
30.调焦组件与第一传感器32连接，调焦组件包括液态透镜21，根据第一传感器32的采集的成像信息调节液态透镜21的屈光度以实现显微光学系统的对焦。
31.本实用新型的工作原理是：发光组件通过第一光源10与光栅11配合，形成携带光栅图案信息的光束，而携带光栅图案信息的光束照射在待测物体60上并反射，获得第一反射光束，而第一反射光束经过显微放大组件和第一分光调节组件，获得光程不同的第一待
测分光束和第二待测分光束，第一待测分光束和第二待测分光束在第一传感器32上成像，根据第一传感器32的采集的成像信息调节液态透镜21的屈光度以实现显微光学系统的对焦，当第一传感器32上采集的第一待测分光束和第二待测分光束成像的对比度为0时，则说明待测物体60在此光学系统的焦平面上，即对焦清晰。当第一传感器32上采集的第一待测分光束和第二待测分光束成像的对比度有差异时，说明待测物体60没有在焦平面，通过比较对比度值的差异，得出离焦量和离焦方向，之后，改变液态透镜21的屈光度，直至第一传感器32上采集的第一待测分光束和第二待测分光束成像的对比度为0。
32.本实用新型通过使用液态透镜21，改变液态透镜21的屈光度，而液态透镜21的屈光度响应时间在毫秒量级，大大提高了自动对焦光学系统的对焦速度，且整个光学系统在对焦过程中没有机械运动，是通过液态透镜21改变焦距，这也就消除了因机械运动带来的磨损。
33.本实用新型中，可通过计算机获取第一传感器32采集的成像数据，并对液态透镜21进行屈光度调节，从而实现自动对焦。液态透镜21是将液体作为透镜通过改变液体的曲率来改变焦距。较为成熟的液体透镜是利用介质上电润湿(ewod)原理的可变焦光透镜。它可以通过外加电压改变液滴的形状，进而改变其焦距。
34.在一实施例中，第一光源10可为红外点光源，红外点光源发出红外光，而红外光为不可见光，与可见光在不同波段，使用红外光对光学系统进行对焦，精度高。
35.本实用新型还包括打光组件和第二传感器41。打光组件可以对待测物体60进行打光，从而提高成像质量。打光组件包括第二光源40，第二光源40发出的光束照射在待测物体60上，获得第二反射光。第二传感器41采集第二反射光的成像信息。第二传感器41可以实时监测第二光源40的打光强度，从而便于调整第二光源40的发光强度。第二光源40为白光点光源，白光点光源能够发出白光，在可见光波段，便于提高待测物体60的成像效果。而第一光源10又使用红光点光源，如此，第一光源10和第二光源40处于两个完全不同的波段，从而能够实现高精度调焦。
36.本实用新型还包括第一滤光元件33，第一滤光元件33位于第一传感器32的前端，第一滤光元件33为白光滤光片。通过设置有白光滤光片，可以滤除白光，使得从待测物体60上反射的红外光在第一传感器32上成像。本实用新型还包括第二滤光元件42，第二滤光元件42位于第二传感器41的前端，第二滤光元件42为红外滤光片。通过设置有红外滤光片，可以滤除红外光，使得从待测物体60上反射的红外光在第二传感器41上成像。通过第一滤光元件33和第二滤光元件42组合，结合第一光源10和第二光源40的选型，一方面，提高成像效果，另一方面，可提高对焦精度。
37.第二传感器41为面阵传感器。通过使用面阵传感器，可以更好的采集待测物体60反射的白光。第二传感器41可为ccd或cmos。第二传感器41采集光强信息，从而便于调节待测物体60的的成像亮度。
38.显微放大组件包括目镜22和物镜20，液态透镜21位于物镜20与目镜22之间。通过调整液态透镜21的屈光度，即可对整个光学系统的调焦。对于现有的显微成像系统，通过物镜20与目镜22的配合，可形成物体放大的虚像，而通过在物镜20与目镜22间引入液态透镜21，使得整个光学系统的焦距可调。
39.第一分光调节组件包括第一分光镜30和第一反射镜31，待测光束经第一分光镜30
分束成第一待测分光束和第二待测分光束，第二待测分光束经第一反射镜31反射以在第一传感器32的第一位置点成像，第一待测分光束在第一传感器32的第二位置点成像。由于设置有第一分光镜30和第一反射镜31，使得第二待测光束的光程比第一待测光束的光程长，而光程不同的第一待测分光束和第二待测分光束在第一传感器32的不同位置成像，第一待测分光束在a点成像，第二待测分光束在b点成像。当当ab两处图像对比度有差异时，说明待测物体60不在焦平面上，通过比较对比度值的差异，得出离焦量和离焦方向，然后将信息反馈给计算机，计算机调节液态透镜21的屈光度，从而改变整体光学系统焦距，实现快速对焦。当ab两处图像对比度值的差为0时，说明待测物体60在焦平面上，即对焦清晰。本实用新型中，第一传感器32可为线阵传感器。线性传感器便于采集ab两点成像。第一传感器32可为ccd或cmos。
40.为了使得本实用新型的光学成像系统的结构更为紧凑，本实用新型还包括第二反射镜50、第二分光镜51、第四分光镜53和第四分光镜53。所述第一光源10为红外点光源，发射红外光照射到光栅11，得到携带光栅图案信息的光束，该光束经过第二反射镜50的反射，透过第二分光镜51入射至第四分光镜53，第四分光镜53将一半光线向下反射至物镜20，光线经过物镜20之后照射在待测物体60的表面上。光线又经过被待测物体60反射，反射光束依次经过物镜20和第四分光镜53之后，入射到液态透镜21上，液态透镜21通过驱动器连接至计算机上，光线透过液态透镜21之后经过目镜22，被第四分光镜53反射一半光线至第一滤光元件33，投射一半光线到第二滤光元件42，第一滤光元件33为白光滤光片，第二滤光元件42为红外滤光片，红外光线被第二滤光元件42阻拦，不能投射到第二传感器41上，红外光线可以经过第一滤光元件33，经过第一滤光元件33后，一半光线直接透过第一分光镜30照射在第一传感器32的a处，另一半光线被第一分光镜30和第一反射镜31反射后，照射在第一传感器32的b处。
41.第二光源40为白光点光源，发出白光经过第二分光镜51和第四分光镜53的反射后，经过物镜20照射到待测物体60上，此时待测物体60被第二光源40照亮，反射光线又依次经过物镜20、第四分光镜53、液态透镜21、目镜22和第四分光镜53，白光在第四分光镜53处发生反射和透射，反射光线被第一滤光元件33阻拦，透射光线可以透过第二滤光元件42，成像在第二传感器41上。通过分析第一传感器32的ab两处图像的对比度，进行自动对焦过程。通过计算机对ab两点的成像数据进行处理，当ab两处图像对比度有差异时，说明待测物体60不在焦平面，通过比较对比度值的差异，得出离焦量和离焦方向，然后将信息反馈给控制器，控制器调节液态透镜21的屈光度，从而改变整体光学系统焦距，实现快速对焦。当ab两处图像对比度值的差为0时，说明待测物体60在焦平面上，即对焦清晰。
42.本实用新型的有益效果是：本实用新型利用液态透镜21实现光学系统的变焦过程，液态透镜21的屈光度响应时间在毫秒量级，大大提高了自动对焦光学系统的对焦速度，且整个光学系统在对焦过程中没有机械运动，是通过液态透镜21改变焦距，这也就消除了因机械运动带来的磨损，可适用于半导体检测及医学等领域。
43.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。