CN116338930A - 一种模块化光场成像光路镜头组 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种模块化光场成像光路镜头组，包括顺序组装的以下模块：显微镜接口套筒模块、伸缩套管模块、一个或多个中继套筒模块、相机接口套筒模块；所述显微镜接口套筒模块与所述伸缩套管模块可拆卸连接，其内部装配有经校准的微透镜阵列，所述微透镜阵列处于显微物镜的原生像平面上；所述伸缩套管模块，用于改变微透镜阵列后面与相机平面之间的距离；所述中继套筒模块，内部固定装配有中继透镜组，延长微透镜阵列与相机平面之间的距离；所述相机接口套筒模块，与相机可拆卸配合。本发明采用部分预校准的模块，积木式组装搭建光场成像光路，方便的搭建微透镜成像光路，可以适配各种商用、集成化的相机，或者适配组件组成的光场成像光路。
Description
技术领域
本发明属于生物光子显微成像领域，更具体地，涉及一种模块化光场成像光路镜头组。
背景技术
光场成像技术具有极高体成像速度，通过在探测光路中加入微透镜阵列，它能实现“单次拍照，三维可得”，在高速的活体动态三维成像领域应用广泛。
然而，迄今为止，光场成像装置由于复杂的光路校准问题，一般采用集成了整体光路的光场成像装置。光场相机作为集成化的光场成像装置的代表，能实现先拍照后聚焦的功能。
但集成化的光场相机的微透镜阵列已经固定在相机里面无法切换，对于不同的应用场景适用性较差且无法用于不同性能的显微成像装置。光场显微镜成像在生物医学等领域，有着越来越广泛的应用，需要适配多种显微成像装置和条件。目前使用者想要应用光场显微镜均需要自行定制镜头组件，搭建并调试光场成像光路。这对于非光学领域的使用者来说是一项艰巨的任务。基于以上原因，限制了光场显微成像技术的推广应用。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种模块化光场成像光路镜头组，其目的在于通过集成光场成像光路和成像装置接口，形成模块化的光场成像镜头组，简化光场成像光路的调试步骤，从而适配各种限位成像装置，方便的完成光场显微成像系统的搭建，由此解决现有的集成化光场成像装置适配的成像条件单一或者采用光学组件搭建光场显微呈现光系统程序复杂、调试困难的技术问题。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种模块化光场成像光路镜头组，包括顺序组装的以下模块：显微镜接口套筒模块、伸缩套管模块、一个或多个中继套筒模块、相机接口套筒模块；
所述显微镜接口套筒模块与所述伸缩套管模块可拆卸连接，其内部装配有经校准的微透镜阵列，所述微透镜阵列处于显微物镜的原生像平面上；
所述伸缩套管模块，用于改变微透镜阵列后面与相机平面之间的距离；
所述中继套筒模块，内部固定装配有中继透镜组，用于延长微透镜阵列与相机平面之间的距离；
所述相机接口套筒模块，与相机可拆卸配合。
优选地，所述模块化光场成像光路镜头组，其所述显微镜接口套筒模块、伸缩套管模块、一个或多个中继套筒模块、相机接口套筒模块之间包括一个或多个反射模块；
所述反射模块，用于改变主光轴的方向，包括具有与上下游模块匹配的接口的外壳，以及改变光轴方向的反射镜。
优选地，所述模块化光场成像光路镜头组，其所述反射镜为反射棱镜或二向色镜。
优选地，所述模块化光场成像光路镜头组，其在所述显微镜接口套筒模块中，所述微透镜阵列与所述显微镜接口套筒模块卡扣连接。
优选地，所述模块化光场成像光路镜头组，其所述显微镜接口套筒模块其一端具有与伸缩套管模块或反射模块配合的接口，其另一端具有与显微镜相机口适配的螺纹口。
优选地，所述模块化光场成像光路镜头组，其所述伸缩套管模块非旋转式伸缩套筒，具有用于锁定位置的固定螺丝。
优选地，所述模块化光场成像光路镜头组，其所述伸缩套管模块其一端具有与所述相机接口套筒模块或反射模块配合的接口，另一端具有与伸缩套管模块或反射模块配合的接口。
优选地，所述模块化光场成像光路镜头组，其所述相机接口套筒模块其一端具有与相机配合的固定卡扣，另一端具有与中继套筒模块或反射模块配合的接口。
优选地，所述模块化光场成像光路镜头组，其显微镜接口套筒模块与伸缩套管模块配合的接口、伸缩套管模块配合与中继套筒模块配合的接口、中继套筒模块与相机接口套筒模块配合的接口、中继套筒模块与相机配合的接口均为不同规格的接口。
优选地，所述模块化光场成像光路镜头组，其使用时，各模块顺序连接附加在宽场荧光显微镜上。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
本发明采用部分预校准的模块，积木式组装搭建光场成像光路，方便的搭建微透镜成像光路，可以适配各种商用、集成化的相机，或者适配组件组成的光场成像光路。
附图说明
图1是模块化光场成像光路镜头组结构图；
图2是模块化双色光场成像光路镜头组结构图；
图3是显微镜接口套筒光模块三视图；
图4是伸缩套管模块三视图；
图5是本发明该实施例提供的模块化光场成像光路镜头组装配示意图。
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的组件或结构，其中：1为显微镜接口套筒光模块，2为伸缩套管模块，3中继套筒光模块，4为相机接口模块，5为具有反射棱镜的反射模块，6为具有二向色镜的反射模块。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明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发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明提供的模块化光场成像光路镜头组，包括顺序组装的以下模块：显微镜接口套筒模块、伸缩套管模块、一个或多个中继套筒模块、相机接口套筒模块；上述模块之间包括一个或多个反射模块；
所述显微镜接口套筒模块与所述伸缩套管模块可拆卸连接，其一端具有与伸缩套管模块或反射模块配合的接口，其内部装配有经校准的微透镜阵列，其另一端具有与显微镜相机口适配的螺纹口，所述微透镜阵列处于显微物镜的原生像平面上；所述微透镜阵列与所述显微镜接口套筒模块卡扣连接，以保证装配时微阵列透镜装配时位置准确，不会因为装配过程导致位移。
所述伸缩套管模块，用于改变微透镜阵列后面与相机平面之间的距离；优选为非旋转式伸缩套筒，能将前端镜筒前后移动，具有用于锁定位置的固定螺丝。
所述中继套筒模块，内部固定装配有中继透镜组，其一端具有与所述相机接口套筒模块或反射模块配合的接口，另一端具有与伸缩套管模块或反射模块配合的接口，延长微透镜阵列与相机平面之间的距离，使之处于合适的范围之内，可通过外接微透镜组实现光场成像，而不是必须采用相机内部集成的方式设置光场成像光路，便于微透镜的切换与调节。
所述相机接口套筒模块，与相机可拆卸配合，其一端具有与相机配合的固定卡扣，另一端具有与中继套筒模块或反射模块配合的接口。
显微镜接口套筒模块与伸缩套管模块配合的接口、伸缩套管模块配合与中继套筒模块配合的接口、中继套筒模块与相机接口套筒模块配合的接口、中继套筒模块与相机配合的接口均为不同规格的接口，以保证光场成像光路镜头组按照正确的顺序组装。
使用时，各套筒及伸缩套管模块顺序连接，可以附加在一般的宽场荧光显微镜上，与任一相机结合，完成光场显微成像系统的搭建。显微镜接口套筒模块可拆卸组装，从而实现不同显微接口套筒的更换替代，使得规格的微透镜阵列处于成像光路中，满足不同的微透镜成像需求；调试光路时，例如更换不同显微镜接口套筒模块需要重新调试光路的情况，由于微透镜阵列与显微物镜已经校准，而中继透镜与相机已经校准，因此仅需要调节伸缩套筒的，使得微透镜阵列与相机平面处于恰当位置，从而获得良好的成像结果。
所述反射模块，用于改变主光轴的方向，包括具有与上下游模块匹配的接口的外壳，以及改变光轴方向的反射镜，所述反射镜为反射棱镜或二向色镜。
本发明提供的模块化的光场成像光路镜头组，可以适配各种商用、集成化的相机，或者适配组件组成的光场成像光路；采用部分预校准的模块，积木式组装搭建光场成像光路，方便的搭建微透镜成像光路，仅需调试伸缩套筒，长度，极为方便简单。
以下为实施例：
实施例1：
本实施例提供的模块化光场成像光路镜头组，如图1所示，包括顺序组装的：显微镜接口套筒模块1、伸缩套管模块2、中继套筒模块3、相机接口套筒模块4；
所述显微镜接口套筒模块，与所述伸缩套管模块可拆卸连接，具体结构图如图3所示，其一端具有与伸缩套管模块配合的接口，另一端具有与显微镜配合的接口，本实施例采用与宽场显微镜配合的C型接口，其内部装配有经校准的微透镜阵列，其另一端具有与显微镜几口适配的螺纹口，所述微透镜阵列设计位置处于显微物镜的原生像平面上；所述微透镜阵列与所述显微镜接口套筒模块卡扣连接，以保证装配时微阵列透镜装配时位置准确，不会因为装配过程导致位移。微透镜阵列的单个微透镜直径、焦距以及微透镜个数、排列方式等参数可根据成像需求自行定制；不同型号的微透镜阵列可以通过更换显微镜接口套筒模块，在光场成像光路中可拆卸地迅速切换，使得光场呈现观光路迅速适应不同的成像场景需求。
所述伸缩套管模块，采用SM1ZM高精度可调节伸缩套管模块，具体结构如图4所示，为非旋转式伸缩套筒，其螺旋机制可以将一端镜筒前后移动并不会发生旋转，其提供4.1mm的线性行程，每转0.5mm并配有锁定机构。将后端中继透镜组通过SM1旋钮固定在可移动的一端上后，便可用于改变微透镜阵列后面与相机平面之间的距离；在切换不同型号的微透镜阵列时调节微透镜阵列与1:1中继透镜的距离，从而获得更好的成像结果。
所述中继套筒模块，采用SM2M10连接两个中继透镜形成中继透镜组，内部固定装配有1:1中继透镜组，其一端具有与所述相机接口套筒模块配合的接口，另一端具有与伸缩套管模块配合的接口，延长微透镜阵列与相机平面之间的距离，使之处于合适的范围之内，可通过外接微透镜组实现光场成像，而不是必须采用相机内部集成的方式，设置光场成像光路，便于微透镜的切换与调节。本实施例采用的1:1的中继透镜组是由两个套筒透镜组成的4f系统，用于确保相机平面位于微透镜阵列的后焦面。未来使整个系统在保证平场性的同时尽可能短，选用一对平场性能较好的TTL 100用于中继。
所述相机接口套筒模块，与采用C型接口与sCMOS相机可拆卸配合，其一端具有与相机配合的固定卡扣，另一端具有与中继套筒模块配合的接口。
显微镜接口套筒模块与伸缩套管模块配合的接口、伸缩套管模块配合与中继套筒模块配合的接口、中继套筒模块与相机接口套筒模块配合的接口、中继套筒模块与相机配合的接口均为不同规格的接口，以保证光场成像光路镜头组按照正确的顺序组装。
实施例2：
本实施例提供的模块化双色光场成像光路镜头组，如图2所示，包括顺序组装的：显微镜接口套筒模块1、伸缩套管模块2、中继套筒模块3、具有反射棱镜的反射模块5、具有二向色镜的反射模块6、相机接口套筒模块4；
所述显微镜接口套筒模块，结构如图3所示，与所述伸缩套管模块可拆卸连接，其一端具有与伸缩套管模块配合的接口，另一端具有与显微镜配合的接口，本实施例采用与宽场显微镜配合的C型接口，其内部装配有经校准的微透镜阵列，所述微透镜阵列处于显微物镜的原生像平面上；所述微透镜阵列与所述显微镜接口套筒模块卡扣连接，以保证装配时微阵列透镜装配时位置准确，不会因为装配过程导致位移。微透镜阵列的单个微透镜直径、焦距以及微透镜个数、排列方式等参数可根据成像需求自行定制；不同型号的微透镜阵列可以通过更换显微镜接口套筒模块，在光场成像光路中可拆卸地迅速切换，使得光场呈现观光路迅速适应不同的成像场景需求。
所述伸缩套管模块2，采用SM1ZM高精度可调节伸缩套管模块，其螺旋机制可以将一端镜筒前后移动并不会发生旋转，其提供4.1mm的线性行程，每转0.5mm并配有锁定机构。将后端中继透镜组通过SM1旋钮固定在可移动的一端上后，便可用于改变微透镜阵列后面与相机平面之间的距离；在切换不同型号的微透镜阵列时调节微透镜阵列与1:1中继透镜的距离，从而获得更好的成像结果。
所述伸缩套管模块2，结构如图4所示，采用SM1ZM高精度可调节伸缩套管模块，用于调节该路相机平面与1:1中继透镜的距离，以调节两个波长带来的色差。
所述中继套筒模块，采用SM2M10连接两个中继透镜形成1:1中继透镜组,其一端具有与所述相机接口套筒模块配合的接口，另一端具有与伸缩套管模块配合的接口，延长微透镜阵列与相机平面之间的距离，使之处于合适的范围之内，可通过外接微透镜组实现光场成像，而不是必须采用相机内部集成的方式，设置光场成像光路，便于微透镜的切换与调节。本实施例采用的1:1的中继透镜组是由两个套筒透镜组成的4f系统，用于确保相机平面位于微透镜阵列的后焦面。未来使整个系统在保证平场性的同时尽可能短，选用一对平场性能较好的TTL 100用于中继。
所述具有反射棱镜的反射模块，用于改变荧光信号传播方向，从而减少整个装置在一个维度上所占空间。
所述具有二向色镜的反射模块，用于分离双色荧光信号，让它们可以被不同相机接收。
所述相机接口套筒模块，与采用C型接口与sCMOS相机可拆卸配合，其一端具有与相机配合的固定卡扣，另一端具有与中继套筒模块配合的接口。
显微镜接口套筒模块与伸缩套管模块配合的接口、伸缩套管模块配合与中继套筒模块配合的接口、中继套筒模块与相机接口套筒模块配合的接口、中继套筒模块与相机配合的接口均为不同规格的接口，以保证光场成像光路镜头组按照正确的顺序组装。
实施例2提供的模块化光场成像光路与相机安装后的示意图如图5所示。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种模块化光场成像光路镜头组，其特征在于，包括顺序组装的以下模块：显微镜接口套筒模块、伸缩套管模块、一个或多个中继套筒模块、相机接口套筒模块；
所述显微镜接口套筒模块与所述伸缩套管模块可拆卸连接，其内部装配有经校准的微透镜阵列，所述微透镜阵列处于显微物镜的原生像平面上；
所述伸缩套管模块，用于改变微透镜阵列后面与相机平面之间的距离；
所述中继套筒模块，内部固定装配有中继透镜组，用于延长微透镜阵列与相机平面之间的距离；
所述相机接口套筒模块，与相机可拆卸配合。
2.如权利要求1所述的模块化光场成像光路镜头组，其特征在于，所述显微镜接口套筒模块、伸缩套管模块、一个或多个中继套筒模块、相机接口套筒模块之间包括一个或多个反射模块；
所述反射模块，用于改变主光轴的方向，包括具有与上下游模块匹配的接口的外壳，以及改变光轴方向的反射镜。
3.如权利要求2所述的模块化光场成像光路镜头组，其特征在于，所述反射镜为反射棱镜或二向色镜。
4.如权利要求1所述的模块化光场成像光路镜头组，其特征在于，在所述显微镜接口套筒模块中，所述微透镜阵列与所述显微镜接口套筒模块卡扣连接。
5.如权利要求1或2所述的模块化光场成像光路镜头组，其特征在于，所述显微镜接口套筒模块其一端具有与伸缩套管模块或反射模块配合的接口，其另一端具有与显微镜相机口适配的螺纹口。
6.如权利要求1所述的模块化光场成像光路镜头组，其特征在于，所述伸缩套管模块非旋转式伸缩套筒，具有用于锁定位置的固定螺丝。
7.如权利要求1或2所述的模块化光场成像光路镜头组，其特征在于，所述伸缩套管模块其一端具有与所述相机接口套筒模块或反射模块配合的接口，另一端具有与伸缩套管模块或反射模块配合的接口。
8.如权利要求1或2所述的模块化光场成像光路镜头组，其特征在于，所述相机接口套筒模块其一端具有与相机配合的固定卡扣，另一端具有与中继套筒模块或反射模块配合的接口。
9.如权利要求1所述的模块化光场成像光路镜头组，其特征在于，显微镜接口套筒模块与伸缩套管模块配合的接口、伸缩套管模块配合与中继套筒模块配合的接口、中继套筒模块与相机接口套筒模块配合的接口、中继套筒模块与相机配合的接口均为不同规格的接口。
10.如权利要求1所述的模块化光场成像光路镜头组，其特征在于，使用时，各模块顺序连接附加在宽场荧光显微镜上。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN202310203441.0A CN116338930A (zh) | 2023-03-06 | 2023-03-06 | 一种模块化光场成像光路镜头组 |
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