CN117250710A - 一种结构光照明模式切换装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种结构光照明模式切换装置，包括：空间滤波片和切换装置，其中，空间滤波片固定设置在光源的光束路径上，空间滤波片上开设有多个滤波孔；切换装置设置在空间滤波片远离光源的一侧，切换装置包括挡光结构和用于驱动挡光结构运动的驱动机构；挡光结构包括多个挡光片，挡光片适于遮挡空间滤波片上至少部分滤波孔，且不同挡光片对应遮挡的滤波孔的位置不同，驱动机构适于根据照明模式的不同控制相应的挡光片运动至与空间滤波片对应的重合位置。此结构通过将空间滤波片固定在光路系统中，不同的挡光片对应不同的照明模式，驱动机构则用于控制多个挡光片的切换，不需要人为干涉，具有自动切换、成本低、操作简单、调节难度低等优点。

Description

一种结构光照明模式切换装置

技术领域

本发明涉及显微成像技术领域，具体涉及一种结构光照明模式切换装置。

背景技术

传统显微光学成像系统的空间分辨率受衍射极限限制，在可见光波段，无法实现小于200nm的微小结构观测。近年来，一系列远场光学超分辨显微成像方法被提出，超分辨显微成像技术主要包括受激辐射损耗显微成像技术、单分子定位显微成像技术、结构光照明显微成像技术(Structured Illumination Microscopy,SIM)以及衍生的非线性SIM等，这些技术为生物医学研究带来了重大突破。结构光照明超分辨显微成像技术以其高时空分辨率、三维超分辨、通用荧光染料等优势，已经成为生物医学研究领域必不可少的技术手段。

SIM采用结构化的照明光对样品进行照明，以激发出荧光信息，通过采集多幅被不同方向和相位结构光调制的样品图像，最后利用超分辨重建算法获取得到样品的超分辨图像，将空间分辨率提升至传统显微光学系统的2倍。

传统空间滤波器一般采用空间滤波小孔结构，即在需要选通的位置进行开孔，使对应的衍射光束通过。该方式只适用于一种成像模式，如需改变成像模式，则需要更换滤波小孔结构。然而，SIM对照明光束的质量要求极高，衍射光束须准确通过滤波小孔，否则由此导致的光束不对称、杂散光等将影响样品面照明光的质量，进而影响超分辨图像质量。因此，当需要切换照明模式时，往往需要用户手动更换滤波小孔结构，并对光路进行精密调节，以保证所需的衍射光束均准确通过滤波小孔。这样的方式将导致系统对成像模式兼容性差、操作复杂、调节难度高等问题。

发明内容

因此，本发明所要解决的技术问题在于当需要切换照明模式时，往往需要用户手动更换滤波小孔结构，并对光路进行精密调节，以保证所需的衍射光束均准确通过滤波小孔，由此导致的系统兼容性差、操作复杂、调节难度高等情况。

为此，本发明提供一种结构光照明模式切换装置，包括：

空间滤波片，固定设置在光源的光束路径上，所述空间滤波片上开设有多个滤波孔；

切换装置，所述切换装置设置在所述空间滤波片远离所述光源的一侧，所述切换装置包括挡光结构和用于驱动所述挡光结构运动的驱动机构；

其中，所述挡光结构包括多个挡光片，所述挡光片适于遮挡所述空间滤波片上至少部分所述滤波孔，且不同挡光片对应遮挡的滤波孔的位置不同，所述驱动机构适于根据照明模式的不同控制相应的挡光片运动至与所述空间滤波片对应的重合位置，以遮挡相应位置的滤波孔实现在不同照明模式之间的切换。

可选地，上述的滤波孔包括开设在空间滤波片中心的第一滤波孔，以及设置在所述第一滤波孔外周的多个第二滤波孔；

多个第二滤波孔以所述第一滤波孔为圆心依次分布于半径不同的至少两个同心圆的圆周上，且位于同一圆周上的第二滤波孔均匀间隔分布；

所述挡光片适于遮挡所述第一滤波孔和/或至少一个圆周上的第二滤波孔。

可选地，上述的不同圆周上相邻的两个第二滤波孔的间隔角度相同，且相邻两个圆周上的第二滤波孔一一对应设置。

可选地，上述的第二滤波孔包括以所述第一滤波孔为中心由内向外间隔设置的第一圈滤波孔、第二圈滤波孔和第三圈滤波孔；所述第一圈滤波孔、所述第二圈滤波孔和所述第三圈滤波孔上均设置有至少两对关于中心对称设置的第二滤波孔。

可选地，上述的挡光片上设有透光孔，所述透光孔包括对应所述第一滤波孔设置的第一透光孔，和/或，对应所述第二滤波孔设置的第二透光孔。

可选地，上述的挡光片包括第一挡光片，所述第一挡光片上设有所述第一透光孔，和/或，对应所述第二圈滤波孔上的第二滤波孔开设的第二透光孔，以供光线从第一滤波孔，和/或所述第二圈滤波孔上的第二滤波孔中穿过。

可选地，上述的挡光结构包括第二挡光片，所述第二挡光片上设有第二透光孔；

其中，所述第二挡光片上的第二透光孔对应所述第三圈滤波孔上的所述第二滤波孔设置，以使光线从所述第三圈滤波孔上的第二滤波孔穿过。

可选地，上述的挡光结构包括第三挡光片；所述第三挡光片上开设有第二透光孔；

所述第三挡光片上的第二透光孔对应所述第二圈滤波孔上的第二滤波孔以及第一圈滤波孔中的部分第二滤波孔设置，以使光线从所述第二圈滤波孔上的全部第二滤波孔以及第一圈滤波孔中部分第二滤波孔中的一个穿过；

其中，设定所述第一圈滤波孔上的第二滤波孔为m对，所述部分第二滤波孔为m对第二滤波孔中相邻的任意m/2个第二滤波孔。

可选地，上述的挡光片上的透光孔孔径大于所述空间滤波片上的所述滤波孔的孔径；

和/或，所述挡光片上的第二透光孔的孔径小于相邻两个第二滤波孔的孔间距；

和/或，所述挡光结构与所述空间滤波片相对且间隔设置。

可选地，所述空间滤波片上的所述滤波孔为透光区域，所述空间滤波片上的其他区域为挡光区域；所述挡光片上的所述透光孔为透光区域，所述挡光片上的其他区域为挡光区域；

其中，所述挡光区域的透光度应小于等于0.05％，所述透光区域的透光度应大于等于99.5％；所述滤波孔的孔径为10—100μm，所述透光孔的孔径为50—500μm，所述滤波孔和所述透光孔边缘应光滑无毛刺；所述空间滤波片和所述挡光片的厚度设置为0.1—1mm。

可选地，上述的挡光结构还包括安装板，多个所述挡光片沿直线方向或圆周方向间隔设置在所述安装板上；

所述驱动机构与所述安装板相连，适于驱动所述安装板呈线性移动或者旋转，以带动相应的所述挡光片移动至与所述空间滤波片对应的位置，并遮挡相应位置的滤波孔以切换不同的照明模式。

可选地，上述的安装板为条形板状结构，多个所述挡光片沿所述安装板的长度方向依次间隔设置在所述安装板上；

所述驱动机构包括丝杠电机或者直线电机，所述丝杠电机或者直线电机包括动力部分和在所述动力部分驱动下呈线性移动的移动部分，所述安装板的一端固定连接在所述移动部分上；

所述动力部分通过驱动所述移动部分移动带动所述安装板移动，使得所述安装板上的对应挡光片移动至与所述空间滤波片相对应的位置，以实现在不同照明模式之间的切换。

可选地，上述的安装板为圆形板状结构，多个所述挡光片沿所述安装板的圆周方向依次间隔设置在所述安装板上；

所述驱动机构包括动力部件和传动部件，所述传动部件包括固定在所述动力部件的输出轴上的主动轮，以及固定在所述安装板的中心位置的从动轮，以及传动连接在所述主动轮和从动轮之间的传动带；

所述动力部件通过驱动所述传动部件带动所述安装板旋转，使得所述安装板上的对应挡光片移动至与所述空间滤波片相对应的位置，以实现在不同照明模式之间的切换。

本发明提供的技术方案，具有如下优点：

1.本发明提供一种结构光照明模式切换装置，包括：空间滤波片和切换装置，其中，空间滤波片固定设置在光源的光束路径上，空间滤波片上开设有多个滤波孔；切换装置设置在空间滤波片远离光源的一侧，切换装置包括挡光结构和用于驱动挡光结构运动的驱动机构；挡光结构包括多个挡光片，挡光片适于遮挡空间滤波片上至少部分滤波孔，且不同挡光片对应遮挡的滤波孔的位置不同，驱动机构适于根据照明模式的不同控制相应的挡光片运动至与空间滤波片对应的重合位置，以遮挡相应位置的滤波孔实现在不同照明模式之间的切换。

此结构通过设置空间滤波片和切换装置，空间滤波片固定设置在光源的光束路径上，具体固定在透镜组件的出光侧，空间滤波片为片状结构，空间滤波片上开设有滤波孔，切换装置设置在空间滤波片远离光源的一侧，切换装置包括挡光结构以及驱动机构，挡光结构固定在驱动机构上，挡光结构包括多个挡光片，挡光片也为片状结构，且挡光片设置有多个，不同的挡光片对应遮挡不同的滤波孔，驱动机构驱动挡光结构移动以带动不同的挡光片移动至空间滤波片远离光源的一端，在光路的方向上，不同的挡光片分别移动到与空间滤波片的重合位置，挡光片用于遮挡空间滤波片上的滤波孔，不同的挡光片遮挡不同的滤波孔，从而使得光线只能从不被遮挡的滤波孔内穿过，穿过的滤波孔不同，也就得到不同的照明模式，因此，不同的挡光片对应不同的照明模式；相比于传统人工对空间滤波片进行更换，本申请通过将空间滤波片固定在光路系统中，对空间滤波片位置进行精密调节，使得不同照明模式对应的衍射光束都能准确地通过滤波孔，不需要后续对空间滤波片进行移动调整，可以防止其偏移造成定位不准的情况出现。而不同的挡光片对应不同的照明模式，用于将该照明模式所不需要的光束遮挡掉，驱动机构则用于控制多个挡光片的切换，不需要人为干涉，且利用机械调整的精度和效率均优于人工，具有自动切换、成本低、操作简单、调节难度低、可扩展性强等优点。

2.本发明提供的滤波孔包括开设在空间滤波片中心的第一滤波孔，以及设置在第一滤波孔外周的多个第二滤波孔；多个第二滤波孔以第一滤波孔为圆心依次分布于半径不同的至少两个同心圆的圆周上，且位于同一圆周上的第二滤波孔均匀间隔分布；挡光片适于遮挡第一滤波孔和至少一个圆周上的第二滤波孔，或者挡光片适于遮挡第一滤波孔，或者挡光片适于遮挡至少一个圆周上的第二滤波孔。不同圆周上相邻的两个第二滤波孔的间隔角度相同，且相邻两个圆周上的第二滤波孔一一对应设置。第二滤波孔包括以第一滤波孔为中心由内向外间隔设置的第一圈滤波孔、第二圈滤波孔和第三圈滤波孔；第一圈滤波孔、第二圈滤波孔和第三圈滤波孔上均设置有至少两组相对设置的第二滤波孔。

此结构通过设置第一挡光片、第二挡光片和第三挡光片，分别对应不同的照明模式，保证每种照明模式对应的挡光片能够保证有且仅有该模式所需的衍射光束通过，避免出现照明模式发生错误，进而无法实现超分辨的情况出现。

3.在本实施例中，空间滤波片上的滤波孔为透光区域，空间滤波片上的其他区域为挡光区域；挡光片上的透光孔为透光区域，挡光片上的其他区域为挡光区域；

其中，挡光区域的透光度应小于等于0.05％，透光区域的透光度应大于等于99.5％；滤波孔的孔径为10—100μm，透光孔的孔径为50—500μm，滤波孔和透光孔边缘应光滑无毛刺；空间滤波片和挡光片的厚度设置为0.1—1mm。

此结构通过设置透光孔，空间滤波片可采用光学玻璃，厚度为0.1—1mm，将挡光片和空间滤波片划分为挡光区域和透光区域；透光区域即为透光孔和滤波孔，挡光区域即为空间滤波片除去透光孔的区域以及挡光片除去透光孔的区域，对挡光区域的表面采用掩膜涂墨进行不透光处理，保证表面的透光度小于等于0.05％，且保证透光区域的透光度应大于等于99.5％，防止干扰光线透过挡光片对照明模式产生影响。空间滤波片还可采用极性氧化发黑处理的铝合金或其他金属材料，厚度为0.1mm—1mm，并在此基片上进行通孔加工，滤波孔和透光孔的口径为10μm—100μm，且边缘光滑无毛刺。空间滤波片的厚度不应过厚，以避免对选通的衍射光束产生散射、遮挡等不良影响。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的空间滤波片的结构示意图；

图2为本发明提供的空间滤波片和挡光片的结构示意图；

图3为本发明提供的空间滤波片、直线方向上排布的挡光片以及驱动结构的前轴侧视图；

图4为本发明提供的空间滤波片、直线方向上排布的挡光片以及驱动结构的后轴侧视图；

图5为本发明提供的空间滤波片、圆周方向上排布的挡光片以及驱动结构的前轴侧视图；

图6为本发明提供的空间滤波片、圆周方向上排布的挡光片以及驱动结构的后轴侧视图；

附图标记说明：

1-空间滤波片；11－滤波孔；111－第一滤波孔；112－第二滤波孔；

2－切换装置；21－挡光结构；211－挡光片；2111－第一挡光片；2112－第二挡光片；2113－第三挡光片；212－透光孔；213－安装板；22－驱动机构。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

本实施例提供一种结构光照明模式切换装置，如图1至图6所示，包括：空间滤波片1和切换装置2，其中，空间滤波片1固定设置在光源的光束路径上，空间滤波片1上开设有多个滤波孔11；切换装置2设置在空间滤波片1远离光源的一侧，切换装置2包括挡光结构21和用于驱动挡光结构21运动的驱动机构22；挡光结构21包括多个挡光片211，挡光片211适于遮挡空间滤波片1上至少部分滤波孔11，且不同挡光片211对应遮挡的滤波孔11的位置不同，驱动机构22适于根据照明模式的不同控制相应的挡光片211运动至与空间滤波片1对应的重合位置，以遮挡相应位置的滤波孔11实现在不同照明模式之间的切换。

此结构通过设置空间滤波片1和切换装置2，空间滤波片1固定设置在光源的光束路径上，具体固定在透镜组件的出光侧，空间滤波片1为片状结构，空间滤波片1上开设有滤波孔11，切换装置2设置在空间滤波片1远离光源的一侧，切换装置2包括挡光结构21以及驱动机构22，挡光结构21固定在驱动机构22上，挡光结构21包括多个挡光片211，挡光片211也为片状结构，且挡光片211设置有多个，不同的挡光片211对应遮挡不同的滤波孔11，驱动机构22驱动挡光结构21移动以带动不同的挡光片211移动至空间滤波片1远离光源的一端，在光路的方向上，不同的挡光片211分别移动到与空间滤波片1的重合位置，挡光片211用于遮挡空间滤波片1上的滤波孔11，不同的挡光片211遮挡不同的滤波孔11，从而使得光线只能从不被遮挡的滤波孔11内穿过，穿过的滤波孔11不同，也就得到不同的照明模式，因此，不同的挡光片211对应不同的照明模式；相比于传统人工对空间滤波片1进行更换，本申请通过将空间滤波片1固定在光路系统中，对空间滤波片1位置进行精密调节，使得不同照明模式对应的衍射光束都能准确地通过滤波孔11，不需要后续对空间滤波片1进行移动调整，可以防止其偏移造成定位不准的情况出现。而不同的挡光片211对应不同的照明模式，用于将该照明模式所不需要的光束遮挡掉，驱动机构22则用于控制多个挡光片211的切换，不需要人为干涉，且利用机械调整的精度和效率均优于人工，具有自动切换、成本低、操作简单、调节难度低、可扩展性强等优点。

在本实施例中，如图1所示；滤波孔11包括开设在空间滤波片1中心的第一滤波孔111，以及设置在第一滤波孔111外周的多个第二滤波孔112；多个第二滤波孔112以第一滤波孔111为圆心依次分布于半径不同的至少两个同心圆的圆周上，且位于同一圆周上的第二滤波孔112均匀间隔分布；挡光片211适于遮挡第一滤波孔111和至少一个圆周上的第二滤波孔112，或者挡光片211适于遮挡第一滤波孔111，或者挡光片211适于遮挡至少一个圆周上的第二滤波孔112。不同圆周上相邻的两个第二滤波孔112的间隔角度相同，且相邻两个圆周上的第二滤波孔112一一对应设置。第二滤波孔112包括以第一滤波孔111为中心由内向外间隔设置的第一圈滤波孔、第二圈滤波孔和第三圈滤波孔；第一圈滤波孔、第二圈滤波孔和第三圈滤波孔上均设置有至少两对关于中心对称设置的第二滤波孔112。

此结构中的滤波孔11包括第一滤波孔111和第二滤波孔112，第一滤波孔111设置在空间滤波片1的中心位置，第二滤波孔112设置在第一滤波孔111的外侧，且第二滤波孔112呈圆周分布，第二滤波孔112分布在以第一滤波孔111为圆心的半径不同的至少两个同心圆的圆周上，具体的该同心圆可以设置有三个，每个同心圆上的第二滤波孔112等角度均匀间隔设置，不同圆周上相邻的两个第二滤波孔112的间隔角度相同；

为了实现二维超分辨，一般需要采用等角度间隔的三个方向或两个方向的结构光对样品进行照明，因此相邻的两个第二滤波孔112的间隔角度可以为90°或者是60°；当间隔角度为90°时，每一圈具有四个第二滤波孔112；当间隔角度为60°时，每一圈具有六个第二滤波孔112，且相邻的同心圆上的第二滤波孔112一一对应设置，及相邻的同心圆上开设的第二滤波孔112的开设方向一致；具体以间隔角度为60°为例，如图1所示，最内圈上开设的第二滤波孔112，也就是第一圈第二滤波孔112与第一滤波孔111形成三个排布方向，即水平的一条直线方向和两条倾斜的直线方向，最外圈上开设的第二滤波孔112为第三圈第二滤波孔112，中间圈上开设的第二滤波孔112也就是第二圈第二滤波孔112；第三圈第二滤波孔112和第二圈第二滤波孔112也均处于这三个排布方向上；

在不同的光照模式下，挡光片211遮挡不同的滤光孔，具体可以为，挡光片211遮挡第一滤波孔111和部分的第二滤波孔112，只保留部分的第二滤波孔112进行透光；或者是挡光片211遮挡全部的第二滤波孔112，只保留中间的第一滤波孔111透光；或者是挡光片211遮挡部分第二滤波孔112，保留第一滤波孔111和部分第二滤波孔112进行透光，从而对应不同的照明模式。

在本实施例中，如图2所示；所述挡光片上设有透光孔212，所述透光孔212包括对应所述第一滤波孔111设置的第一透光孔和对应所述第二滤波孔112设置的第二透光孔；或者是只对应所述第一滤波孔111设置的第一透光孔开设，或者是对应所述第二滤波孔112设置的第二透光孔开设；

所述挡光片包括第一挡光片2111，所述第一挡光片2111上设有所述第一透光孔和对应所述第二圈滤波孔上的第二滤波孔112开设的第二透光孔，或者只开设有第一透光孔，或者是只开设有对应所述第二圈滤波孔上的第二滤波孔112开设的第二透光孔；以供光线从第一滤波孔111和从所述第二圈滤波孔上的第二滤波孔112中穿过，或只从第一滤波孔内穿过，或只从第二圈滤波孔上的第二滤波孔内穿过。

挡光结构21包括第二挡光片2112；第二挡光片2112上的第二挡光片2112上对应开设有第二透光孔；第二挡光片2112上的第二透光孔对应第三圈滤波孔上的第二滤波孔112设置，以使光线从第三圈滤波孔上的第二滤波孔112穿过。

挡光结构21包括第三挡光片2113；第三挡光片2113上开设有第二透光孔，第三挡光片2113上的第二透光孔对应第二圈滤波孔上的第二滤波孔112以及第一圈滤波孔中的部分第二滤波孔112设置以使光线从第二圈滤波孔上的第二滤波孔112以及第一圈滤波孔中部分第二滤波孔112中的一个穿过；其中，设定所述第一圈滤波孔上的第二滤波孔112为m对，所述部分第二滤波孔112为m对第二滤波孔112中相邻的任意m/2个第二滤波孔112。

此结构通过设置有第一挡光片2111，第一挡光片2111上开设有透光孔212，其中，透光孔212包括对应所述第一滤波孔111设置的第一透光孔和对应所述第二滤波孔112设置的第二透光孔，第一透光孔只对应第一滤波孔111进行开设，第一滤波孔111允许通过的光波的衍射级次为0级，光波从第一滤波孔111和透光孔212内穿过，最终得到的照明模式为WF模式，即宽场模式，可实现对样品的宽场成像

第一挡光片2111上的透光孔212还可以只对应第二圈滤波孔上的全部第二滤波孔112开设，即为第二透光孔；第二圈滤波孔上的第二滤波孔112允许通过的光波的衍射级次为±1级，光波从第二圈滤波孔上的第二滤波孔112和对应第二圈滤波孔上的第二滤波孔112的第二透光孔内穿过，最终得到的照明模式为2D-SIM模式，即二维结构光照明模式，可实现对样品任意横向二维平面的超分辨观测；

第一挡光片2111上的透光孔212可以同时对应第二圈滤波孔上的全部第二滤波孔112和第一滤波孔111进行开设，及同时开设第一透光孔和对应第二圈滤波孔上的全部第二滤波孔112设置的第二透光孔，第二圈滤波孔上的第二滤波孔112允许通过的光波的衍射级次为±1级，第一滤波孔111允许通过的光波的衍射级次为0级，该结构可以同时使得0级和±1级衍射级次的光波通过，最终得到的照明模式为对称三光束3D-SIM模式，即对称三光束三维结构光照明模式，可实现样品的三维超分辨观测；

第二挡光片2112上的透光孔212可以对应第三圈滤波孔上的第二滤波孔112开设，即对应第三圈滤波孔上的第二滤波孔112设置的第二透光孔，第三圈滤波孔上的第二滤波孔112允许通过的光波的衍射级次为±1级，光波从第三圈滤波孔上的第二滤波孔112内穿过，对应的照明模式为TIRF-SIM模式，即全内反射结构光照明模式，可实现对紧挨盖玻片表面的样品二维平面的超分辨观测；

第三挡光片2113上的第二透光孔对应第二圈滤波孔上的第二滤波孔112开设；以及对应第一圈滤波孔中的部分第二滤波孔112设置，即在第一圈滤波孔中每一组相对的第二滤波孔112中选择一个对应进行开设，例如：设定所述第一圈滤波孔上的第二滤波孔112为m对，所述部分第二滤波孔112为m对第二滤波孔112中相邻的任意m/2个第二滤波孔112；使得光线从第二圈滤波孔上的第二滤波孔112和对应的第二透光孔内穿过以及第一圈滤波孔中的m个不同排布方向上分别选择一个滤波孔11内穿过，一共为m/2个第二滤波孔，第二圈滤波孔上的第二滤波孔112对应的衍射级次为±1级，第一圈滤波孔上的第二滤波孔112对应的衍射级次为±2级；对应的照明模式为非对称三光束3D-SIM模式，即非对称三光束三维结构光照明模式，可以更高的时间分辨率实现样品的三维超分辨观测。

其中，不同的第二滤波孔112至第一滤波孔111中心的距离为：

r_n＝ftanμ_Dn

其中，μ_Dn为第二滤波孔112对应的第n级衍射光束与输入光轴的夹角；f为空间滤波片1之前的透镜组件的焦距。

通过设置第一挡光片2111、第二挡光片2112和第三挡光片2113，分别对应不同的照明模式，保证每种照明模式对应的挡光片211能够保证有且仅有该模式所需的衍射光束通过，避免出现照明模式发生错误，进而无法实现超分辨的情况出现。

在本实施例中，如图2所示；挡光片211上的透光孔212孔径大于空间滤波片1上的滤波孔11孔径和所述挡光片211上的第二透光孔的孔径小于相邻两个第二滤波孔的孔间距；且所述挡光结构21与所述空间滤波片1相对且间隔设置。

此结构通过设置挡光片211上的透光孔212孔径大于空间滤波片1上的滤波孔11的孔径，是为了让光束穿过滤波孔11之后，能够更容易从透光孔212内穿过；且小于相邻两个第二滤波孔的孔间距，是为了防止一个透光孔212透过两个滤波孔11内的光束，导致照明模式发生错误，以保证照明模式的准确并最大程度地降低对挡光片211的定位精度要求。所述挡光结构21与所述空间滤波片1相对且间隔设置，保证挡光结构21能够顺畅地移动，防止挡光结构21触碰到空间滤波片1造成双方损坏。

在本实施例中，如图2所示；空间滤波片1上的滤波孔11为透光区域，空间滤波片1上的其他区域为挡光区域；挡光片211上的透光孔212为透光区域，挡光片211上的其他区域为挡光区域；

其中，挡光区域的透光度应小于等于0.05％，透光区域的透光度应大于等于99.5％；滤波孔11的孔径为10—100μm，透光孔212的孔径为50—500μm，滤波孔11和透光孔212边缘应光滑无毛刺；空间滤波片1和挡光片211的厚度设置为0.1—1mm。

此结构通过设置透光孔212，空间滤波片1可采用光学玻璃，厚度为0.1—1mm，将挡光片211和空间滤波片1划分为挡光区域和透光区域；透光区域即为透光孔212和滤波孔11，挡光区域即为空间滤波片1除去透光孔212的区域以及挡光片211除去透光孔212的区域，对挡光区域的表面采用掩膜涂墨进行不透光处理，保证表面的透光度小于等于0.05％，且保证透光区域的透光度应大于等于99.5％，防止干扰光线透过挡光片211对照明模式产生影响。空间滤波片1还可采用极性氧化发黑处理的铝合金或其他金属材料，厚度为0.1mm—1mm，并在此基片上进行通孔加工，滤波孔11和透光孔212的口径为10μm—100μm，且边缘光滑无毛刺。空间滤波片1的厚度不应过厚，以避免对选通的衍射光束产生散射、遮挡等不良影响。

在本实施例中，如图3至图6所示；挡光结构21还包括安装板213，多个挡光片211沿直线方向或圆周方向间隔设置在安装板213上；驱动机构22与安装板213相连，适于驱动安装板213呈线性移动或者旋转，以带动相应的挡光片211移动至与空间滤波片1对应位置，并遮挡相应位置的滤波孔11以切换不同的照明模式。

在一种实施方式中，所述安装板213为条形板状结构，多个所述挡光片211沿所述安装板213的长度方向依次间隔设置在所述安装板213上；

所述驱动机构22包括丝杠电机或者直线电机，所述丝杠电机或者直线电机包括动力部分和在所述动力部分驱动下呈线性移动的移动部分，所述安装板213的一端固定连接在所述移动部分上；

所述动力部分通过驱动所述移动部分移动带动所述安装板213移动，使得所述安装板213上的对应挡光片211移动至与所述空间滤波片1相对应的位置，以实现在不同照明模式之间的切换。

在另一种实施方式中，所述安装板213为圆形板状结构，多个所述挡光片211沿所述安装板213的圆周方向依次间隔设置在所述安装板213上；

所述驱动机构22包括动力部件和传动部件，所述传动部件包括固定在所述动力部件的输出轴上的主动轮，以及固定在所述安装板的中心位置的从动轮，以及传动连接在所述主动轮和从动轮之间的传动带；

所述动力部件通过驱动所述传动部件带动所述安装板213旋转，使得所述安装板213上的对应挡光片211移动至与所述空间滤波片1相对应的位置，以实现在不同照明模式之间的切换。

此结构通过设置安装板213，多个挡光片211固定在安装板213上，对应五种照明模式，可以选择五个挡光片211，即三个第一挡光片2111、一个第二挡光片2112和一个第三挡光片2113，还可以包括一个全遮挡的挡光片211，多个挡光片211沿着直线方向和圆周方向间隔设置在安装板213上，其中间隔设置可以为直线阵列设置和圆周阵列设置；

当多个挡光片211沿着直线方向固定在安装板213上时，安装板213位条形板状结构，驱动机构22包括丝杠电极或者直线电极，丝杠电机或者直线电机包括动力部分和在所述动力部分驱动下呈线性移动的移动部分；驱动机构22的输出端固定有丝杠螺杆、丝杠螺母，连接板的下端固定在丝杠螺母上，安装板213固定在连接板的上端，驱动机构22驱动丝杠螺杆带动丝杠螺母移动进而通过连接板带动安装板213沿着导轨方向移动以调节多个挡光片211的位置，从而使得不同的挡光片211与空间滤波片1重合以切换照明模式；

当多个挡光片211沿着圆周方向依次间隔固定在安装板213上时，安装板213为圆形板状结构；驱动机构22包括旋转电机，驱动机构22包括固定在所述动力部件的输出轴上的主动轮，以及固定在所述安装板的中心位置的从动轮，以及传动连接在所述主动轮和从动轮之间的传动带；动力部件转动带动主动轮转动，再通过传送带驱动从动轮转动，最终驱动安装板213旋转，从而使得不同的挡光片211转动到与空间滤波片1的重合位置以切换照明模式。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而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的变化或变动。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发明创造的保护范围之中。

Claims (13)

1.一种结构光照明模式切换装置，其特征在于，包括：

空间滤波片(1)，固定设置在光源的光束路径上，所述空间滤波片(1)上开设有多个滤波孔(11)；

切换装置(2)，所述切换装置(2)设置在所述空间滤波片(1)远离所述光源的一侧，所述切换装置(2)包括挡光结构(21)和用于驱动所述挡光结构(21)运动的驱动机构(22)；

其中，所述挡光结构(21)包括多个挡光片(211)，所述挡光片(211)适于遮挡所述空间滤波片(1)上至少部分所述滤波孔(11)，且不同挡光片(211)对应遮挡的滤波孔(11)的位置不同，所述驱动机构(22)适于根据照明模式的不同控制相应的挡光片(211)运动至与所述空间滤波片(1)对应的重合位置，以遮挡相应位置的滤波孔(11)实现在不同照明模式之间的切换。

2.根据权利要求1所述的结构光照明模式切换装置，其特征在于，所述滤波孔(11)包括开设在空间滤波片(1)中心的第一滤波孔(111)，以及设置在所述第一滤波孔(111)外周的多个第二滤波孔(112)；

多个第二滤波孔(112)以所述第一滤波孔(111)为圆心依次分布于半径不同的至少两个同心圆的圆周上，且位于同一圆周上的第二滤波孔(112)均匀间隔分布；

所述挡光片(211)适于遮挡所述第一滤波孔(111)和/或至少一个圆周上的第二滤波孔(112)。

3.根据权利要求2所述的结构光照明模式切换装置，其特征在于，不同圆周上相邻的两个第二滤波孔(112)的间隔角度相同，且相邻两个圆周上的第二滤波孔(112)一一对应设置。

4.根据权利要求3所述的结构光照明模式切换装置，其特征在于，所述第二滤波孔(112)包括以所述第一滤波孔(111)为中心由内向外间隔设置的第一圈滤波孔、第二圈滤波孔和第三圈滤波孔；

所述第一圈滤波孔、所述第二圈滤波孔和所述第三圈滤波孔上均设置有至少两对关于中心对称设置的第二滤波孔(112)。

5.根据权利要求4所述的结构光照明模式切换装置，其特征在于，所述挡光片上设有透光孔(212)，所述透光孔(212)包括对应所述第一滤波孔(111)设置的第一透光孔，和/或，对应所述第二滤波孔(112)设置的第二透光孔。

6.根据权利要求5所述的结构光照明模式切换装置，其特征在于，所述挡光片包括第一挡光片(2111)，所述第一挡光片(2111)上设有所述第一透光孔，和/或，对应所述第二圈滤波孔上的第二滤波孔(112)开设的第二透光孔，以供光线从第一滤波孔(111)，和/或所述第二圈滤波孔上的第二滤波孔(112)中穿过。

7.根据权利要求5所述的结构光照明模式切换装置，其特征在于，所述挡光结构(21)包括第二挡光片(2112)，所述第二挡光片(2112)上设有第二透光孔；

其中，所述第二挡光片(2112)上的第二透光孔对应所述第三圈滤波孔上的所述第二滤波孔(112)设置，以使光线从所述第三圈滤波孔上的第二滤波孔(112)穿过。

8.根据权利要求5所述的结构光照明模式切换装置，其特征在于，所述挡光结构(21)包括第三挡光片(2113)；所述第三挡光片(2113)上开设有第二透光孔；

所述第三挡光片(2113)上的第二透光孔对应所述第二圈滤波孔上的第二滤波孔(112)以及第一圈滤波孔中的部分第二滤波孔(112)设置，以使光线从所述第二圈滤波孔上的全部第二滤波孔(112)以及第一圈滤波孔中部分第二滤波孔(112)中的一个穿过；

其中，设定所述第一圈滤波孔上的第二滤波孔(112)为m对，所述部分第二滤波孔(112)为m对第二滤波孔(112)中相邻的任意m/2个第二滤波孔(112)。

9.根据权利要求1所述的结构光照明模式切换装置，其特征在于，所述挡光片(211)上的透光孔(212)孔径大于所述空间滤波片(1)上的所述滤波孔(11)的孔径；

和/或，所述挡光片(211)上的第二透光孔的孔径小于相邻两个第二滤波孔(112)的孔间距；

和/或，所述挡光结构(21)与所述空间滤波片(1)相对且间隔设置。

10.根据权利要求5至7中任一项所述的结构光照明模式切换装置，其特征在于，所述空间滤波片(1)上的所述滤波孔(11)为透光区域，所述空间滤波片(1)上的其他区域为挡光区域；所述挡光片(211)上的所述透光孔(212)为透光区域，所述挡光片(211)上的其他区域为挡光区域；

其中，所述挡光区域的透光度应小于等于0.05％，所述透光区域的透光度应大于等于99.5％；所述滤波孔(11)的孔径为10—100μm，所述透光孔(212)的孔径为50—500μm，所述滤波孔(11)和所述透光孔(212)边缘应光滑无毛刺；所述空间滤波片(1)和所述挡光片(211)的厚度设置为0.1—1mm。

11.根据权利要求5至8任一项所述的结构光照明模式切换装置，其特征在于，所述挡光结构(21)还包括安装板(213)，多个所述挡光片(211)沿直线方向或圆周方向间隔设置在所述安装板(213)上；

所述驱动机构(22)与所述安装板(213)相连，适于驱动所述安装板(213)呈线性移动或者旋转，以带动相应的所述挡光片(211)移动至与所述空间滤波片(1)对应的位置，并遮挡相应位置的滤波孔(11)以切换不同的照明模式。

12.根据权利要求11所述的结构光照明模式切换装置，其特征在于，所述安装板(213)为条形板状结构，多个所述挡光片(211)沿所述安装板(213)的长度方向依次间隔设置在所述安装板(213)上；

所述驱动机构(22)包括丝杠电机或者直线电机，所述丝杠电机或者直线电机包括动力部分和在所述动力部分驱动下呈线性移动的移动部分，所述安装板(213)的一端固定连接在所述移动部分上；

所述动力部分通过驱动所述移动部分带动所述安装板(213)移动，使得所述安装板(213)上的对应挡光片(211)移动至与所述空间滤波片(1)相对应的位置，以实现在不同照明模式之间的切换。

13.根据权利要求11所述的结构光照明模式切换装置，其特征在于，所述安装板(213)为圆形板状结构，多个所述挡光片(211)沿所述安装板(213)的圆周方向依次间隔设置在所述安装板(213)上；

所述驱动机构(22)包括动力部件和传动部件，所述传动部件包括固定在所述动力部件的输出轴上的主动轮，以及固定在所述安装板的中心位置的从动轮，以及传动连接在所述主动轮和从动轮之间的传动带；

所述动力部件通过驱动所述传动部件带动所述安装板(213)旋转，使得所述安装板(213)上的对应挡光片(211)移动至与所述空间滤波片(1)相对应的位置，以实现在不同照明模式之间的切换。