CN202854394U

CN202854394U - 多维成像系统的聚焦补偿装置

Info

Publication number: CN202854394U
Application number: CN 201220506872
Authority: CN
Inventors: 周丕轩; 周秀峰
Original assignee: DMETRIX (SUZHOU) MEDICAL TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: DMETRIX (SUZHOU) MEDICAL TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2012-09-29
Filing date: 2012-09-29
Publication date: 2013-04-03
Anticipated expiration: 2022-09-29

Abstract

本实用新型揭示了一种多维成像系统的聚焦补偿装置，用于选择性地调节多轴成像系统中复数个的光学成像元件的最佳像面位置，所述光学成像元件为显微镜，所述聚焦补偿装置包括复数个的图像位置偏移元件，所述图像位置偏移元件包括一光路径长度改变元件，所述光路径长度改变元件设置在所述显微镜的光路中。本实用新型克服了上述的问题，通过提供一个具有可调整的光学元件的多维成像系统的聚焦补偿装置，补偿了多维成像系统中独立元件的像平面位置上的不同，促进了整个系统的制造和确保独立阵列元件的成像的聚焦。

Description

多维成像系统的聚焦补偿装置

技术领域

本实用新型属于显微镜阵列技术领域，尤其涉及一种多维成像系统的聚焦补偿装置。

背景技术

在多维成像系统中，大量光学元件排列在同一个阵列中，从而在相邻的光学元件间有固定的关系。其优势是可以通过一致运行来扫描物体，使物体成像聚焦到一个期望的像平面上。尤其，在微型显微镜阵列中，大量显微镜物镜被安排在同一个阵列中，用来代替一个单独的物镜来扫描物体的一个大区域，速度更快分辨率更高。这样的微型显微镜阵列详见PCT专利公开号No.WO 02/075370,2002年9月26日出版。微型显微镜阵列也指显微镜阵列。在显微镜阵列中，阵列中每个元件的成像传感器设置在单独的大量平面基底上，促进了制造和电子的连接。在那种情况下，相应于每个显微镜元件的传感器的轴向位置不能被单独调整。然而，镜头制造和组装的错误会引起显微镜元件的物平面不同，这样就不能很好地共面。在那种情况下，当显微镜元件的物平面是共面的，一些显微镜传感器的图像就不是共面的，所以成像传感器探测一个尚未聚焦的图像。原则上，这个问题存在于具有一阵列传感器和相应光学元件的任何多维成像系统中。为了避免这个问题，透镜表面的形状、透镜厚度和透镜的分散需要非常高的严密度容限。然而，这样的容限是困难且昂贵的。因此，需要采取方法来补偿多维成像系统中独立元件的像平面位置上的不同，尤其是阵列显微镜，以促进这个系统的制造和确保独立阵列元件的成像的聚焦。

实用新型内容

鉴于上述现有技术存在的缺陷，本实用新型的目的是提出一种多维成像系统的聚焦补偿装置。

本实用新型的目的将通过以下技术方案得以实现：

一种多维成像系统的聚焦补偿装置，用于选择性地调节多轴成像系统中复数个的光学成像元件的最佳像面位置，所述光学成像元件为显微镜，所述聚焦补偿装置包括复数个的图像位置偏移元件，所述图像位置偏移元件包括一光路径长度改变元件，所述光路径长度改变元件设置在所述显微镜的光路中。

优选的，上述的多维成像系统的聚焦补偿装置，其中：所述显微镜为微型显微镜阵列。

优选的，上述的多维成像系统的聚焦补偿装置，其中：所述光路径长度改变元件包括一平面平行板。

优选的，上述的多维成像系统的聚焦补偿装置，其中：至少两个的所述光路径长度改变元件设置在同一个的支承部件上。

优选的，上述的多维成像系统的聚焦补偿装置，其中：一防反射涂层设置在所述支承部件的至少一个面上。

本实用新型的突出效果为：本实用新型克服了上述的问题，通过提供一个具有可调整的光学元件的多维成像系统的聚焦补偿装置，补偿了多维成像系统中独立元件的像平面位置上的不同，促进了整个系统的制造和确保独立阵列元件的成像的聚焦。

以下便结合实施例附图，对本实用新型的具体实施方式作进一步的详述，以使本实用新型技术方案更易于理解、掌握。

附图说明

图1是现有技术的阵列显微镜的阵列光学元件的示意图；

图2是图1的阵列显微镜的剖视图；

图3是本实用新型实施例1的阵列显微镜的剖视图；

图4是本实用新型实施例2的阵列显微镜的剖视图；

图5是本实用新型实施例3的光学路径长度调整设备示意图；

图6本实用新型实施例4的阵列显微镜的剖视图。

具体实施方式

如图1所示，传统的微型显微镜阵列10，由三个子阵列12、14、16组成，每个子阵列由基片和显微镜阵列10中光学元件的每一个的三个透镜的其中一个组成。因此，对于显微镜阵列中的每一个元件，基片18支撑一个底部透镜20；基片22支撑一个中部透镜24；基片26支撑一个顶部透镜28；三个子阵列中的每一个透镜理想上是沿着分开光轴排列。透镜作为基片的一个完整的部分，或者离散的元件固定在分开的基片上。在任何情况下，它们在基片上有固定的位置，与另一个有固定的位置。图1中的阵列显微镜的剖视图如图2所示。这个部分由四个显微镜阵列30、32、34、36组成，由堆积的基片18、20、22的透镜20、24、28形成。物体38被阵列显微镜成像，显微镜阵列元件30、32、34、37产生图像40、42、44、46，被电子传感器阵列48探测。独立的显微镜阵列元件形成的图像被放置上不同的轴位置上，如元件34形成的图像44，由于显微镜阵列的制造和组装误差。当传感器阵列和透镜阵列被固定在单独的基片上，使阵列元件聚焦的基片的轴向位置的调整将会使至少另一个元件散焦。

实施例1：

本实施例提供了阵列元件中成像表面差异的补偿，通过移动独立显微镜元件的成像表面，不移动任何传感器基片或透镜阵列基片。如图3所示，阵列元件的光学路径长度可以插入到光学路径中，一个由媒介组成的补偿器，其折射率与浸有阵列的媒介不同，改变了物体与成像之间的光学路径长度。这反过来改变了元件产生的成像的位置。优选地，这个通过插入平面平行板50到阵列元件的光学通路中，例如元件34的成像表面的轴向位置改变。平面平行板50由合适的光学材料制成，例如玻璃，具有的折射率与旁边的媒介不同。当平面平行板50的折射率比浸有阵列显微镜的媒介多时，成像距离就会增加。当平面平行板50的折射率比浸有阵列显微镜的媒介少时，成像距离就会减少。

光学路径长度有关于物理距离 d，通过光线穿过的媒介的折射率n，如下：

一般地，显微镜成像的轴向转换△依靠于浸有阵列显微镜的成像空间的媒介的折射率，平面平行板的折射率和平面平行板的厚度，如下：

Figure 2012205068721100002DEST_PATH_IMAGE004

其中n_p是平面平行板的折射率，n_m是浸有阵列显微镜的成像空间的媒介的折射率。显微镜阵列的成像空间浸入在空气中，因此：

例如，图2中显微镜元件34的成像面缺乏传感面40的距离D。假设显微镜的成像空间被浸入在空气中，通过插入一个折射率为n_p厚度为t的平面平行板，成像面被调整到与传感面40一致，因此：

如图3所示，显微镜元件34的像平面从位置46移动到位置52。

实施例2：

如果阵列显微镜中多于一个的显微镜元件需要聚焦补偿，也就是需要一个补偿器，每个元件需要一个平面平行板。可选择地，补偿器可以是单片机的形式，如图4所示。使用单片机有两个原因，与离散的平面平行板不同。第一，单片机的组装更加简单。第二，单片机可以被设计来为每个元件引入一个名义上的图像移动。优选地，抗反射涂层被放置在单片机的光学表面上，使照明光线最大化，在支撑面上减少反射的直线光。这允许单片补偿器在两个方向上补偿聚焦。在实践中，需要聚焦补偿的一些显微镜元件具有成像面，成像面的位置是在传感器面的后面而不是前面。作为一个可行的方法，当阵列显微镜被浸入在空气中，成像仅可以从显微镜元件移动，因为没有一个折射率小于1.0的可行的材料。这个方法中，补偿器必须放置在所有显微镜元件的光学通路中，来转换所有图像到一个正常的面上。

图4展示了图1中阵列显微镜的另一个截面，有四个不同的显微镜阵列元件54、56、58、60组成，其图像64、66、68、70可以在不同的轴向位置形成，包括一个单片补偿器板62。在这个案例中可以看出，图像64和68可以在传感面上移动来形成。

单片补偿器板62的公称厚度引起显微镜阵列元件的图像的公称移动。成像传感器72被放在一个相应的公称位置。移动区域74、76、78、80在补偿平面上相应于显微镜阵列元件54、56、58、60，每个移动元件到位置84、86、88、90上。在这个例子中，移动可以是公称的，如元件78和80，或者一个凹处，如元件74。因此，单片补偿器板62提供了双方向补偿器的优势，因此显微镜的像平面可以被前移或移开公称位置。

为了制造合适的单片补偿器板62，每个显微镜阵列元件的成像位置必须是已知的。这些位置可以通过使用射线追踪软件来模拟，例如ZEMAX○R，如果制造和组装误差已知。然而，实际的成像位置在阵列显微镜被建立后测量。当每个显微镜元件的成像位置已知，每个显微镜的补偿器面厚度可以被计算，如上述，优选地，使用射线追踪软件。单片补偿器板62可以使用合适的材料制造，例如玻璃、塑料、溶胶凝胶或者晶体。它们可以通过合适的方法来制造，例如单点金刚石切削技术、铸造或者光刻技术。优选地，单片补偿器板62被覆盖抗反射涂层，来增加通过的光线，减少直线光。

实施例3：

本实施例为独立可调整显微镜阵列元件的成像的轴向位置的补偿器的使用。例如，通过利用两个光学楔子92和94，可移动地固定在一个透明基片96上，这样它们一起形成了一个平面平行板，如图5。通过向前和远离另一个移动两个楔子，如箭头98和100所指，平面平行板的厚度和相应的图像102由光束104形成，可以是不同的。优选地，楔子对的两个平行表面有抗反射涂层来最大化照明光线。楔子92和94通过一对传动器106向前移动或移开。这些传动器转换一个驱动信号，例如在电流或电压的形式下的一个电子信号，来横向转换楔子，因此总光学厚度被改变。一种最有前景的技术是深刻电铸模造技术，用于传动器的制造，达到1mm级，足够来填充轴向位置，来调整每个显微镜的聚焦长度。

独立可调整的补偿器允许阵列显微镜的成像位置的精确调整，因此确保补偿器的制造误差、传感器阵列的平坦差异、显微镜阵列的制造和组装误差都可以被补偿。另外，不同的物体平坦程度和物体厚度在一个动态基础上被补偿。分开补偿独立显微镜阵列元件的制造和组装误差引起的聚焦误差的分别补偿的第二个方法是，利用显微镜元件的轴向色差的优势，在特定的波长下操作显微镜阵列，在成像传感器上形成一个聚焦的图像。需要补偿的元件的操作波长与正常的不要补偿的波长不同。这个方法利用了以下的这个事实的优势，阵列显微镜的一个微型显微镜物镜设计不必要被调整轴向色差。相反，聚焦在轴向位置的不同波长和轴向色差可用来补偿色差。

实施例4：

本实施例的每个显微镜阵列元件被扩展的光谱光源照明。一个相应的狭窄的光谱频带滤光器被放在每个显微镜阵列元件的成像传感器的前面。如果在成像位置上没有差异，所有显微镜阵列元件的狭窄的频带滤光器是相同的。然而，如果在成像位置上有差异，不同的显微镜阵列元件需要不同的狭窄的频带光谱滤光器。如图6所示，为一组显微镜阵列元件108、110、112、114，如果每个元件的成像位置在一个相关波长的传感器基片表面116的公称位置的后面，对于元件108和图像118，一个较短的波长的滤光器被用来移动成像面来使元件背对传感器表面。另一方面，如果一个元件的成像位置在传感基片面116公称位置的前面，对于元件112和图像122，一个较长的波长滤光器132被用来向传感面前移动像平面。元件110和114的成像位置放在公称的基片面116上，通过狭窄的频带滤光器130和134，其中心波长是公称波长。

基于射线追踪或独立显微镜阵列元件的机械模块，连同制造和组装误差的知识，或者公称波长下独立成像位置的实验值，正如上文所述，每个显微镜阵列元件的滤光器的中心波长可以被确定。合适的狭窄频带滤光器，例如小交卷光学滤光器或校准器，可以被制造。滤光器被制造为离散元件，放在一个基片上，或者独立形成一个基片。

本实用新型尚有多种实施方式，凡采用等同变换或者等效变换而形成的所有技术方案，均落在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种多维成像系统的聚焦补偿装置，用于选择性地调节多轴成像系统中复数个的光学成像元件的最佳像面位置，其特征在于：所述光学成像元件为显微镜，所述聚焦补偿装置包括复数个的图像位置偏移元件，所述图像位置偏移元件包括一光路径长度改变元件，所述光路径长度改变元件设置在所述显微镜的光路中。

2.根据权利要求1所述的多维成像系统的聚焦补偿装置，其特征在于：所述显微镜为微型显微镜阵列。

3.根据权利要求1所述的多维成像系统的聚焦补偿装置，其特征在于：所述光路径长度改变元件包括一平面平行板。

4.根据权利要求3所述的多维成像系统的聚焦补偿装置，其特征在于：至少两个的所述光路径长度改变元件设置在同一个的支承部件上。

5.根据权利要求4所述的多维成像系统的聚焦补偿装置，其特征在于：一防反射涂层设置在所述支承部件的至少一个面上。