CN209265121U - 一种单片集成电控液晶双模微镜 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种单片集成电控液晶双模微镜，包括从上至下依次平行设置的第一增透膜、至少一个组合电极、第一液晶定向层、液晶层、第二液晶定向层、公共电极、第二基片、以及第二增透膜，每个组合电极包括从上到下彼此平行且同心设置的第一电极、绝缘层、以及第二电极，第一电极采用中空结构，第二电极和公共电极采用实心结构，第二电极的形状与第一电极的外轮廓形状完全相同，其尺寸远小于第一电极的中空部分的尺寸，公共电极的形状与第一电极的外轮廓形状完全相同。本实用新型的光学显微镜具有对微纳目标和显微成像光场的适应性好、并易与其它光学光电机械结构耦合的优点。

Description

一种单片集成电控液晶双模微镜

技术领域

本实用新型属于光学显微成像观察与精密测量技术领域，更具体地，涉及一种单片集成电控液晶双模(即聚光模式和散光模式)微镜。

背景技术

目前，对于常规光学显微镜而言，如果需要调节其成像放大倍率、成像清晰度或视场等，主要采取以下方法：其一是更换不同倍率的物镜或目镜，其二是以机械移动方式调节物镜或目镜焦距，其三是以电子机械调焦方式调节物镜或目镜焦距；其四是基于点扩散函数锐化来处理光电数据来改变成像清晰度，其五是通过图像裁剪或拼接、以及图像数据插值或匀化取值来改变成像视场或放大率。

然而，现有的常规光学显微镜存在一些不可忽略的缺陷：1、更换不同倍率的物镜或目镜意味着无法实现无级变倍，针对复杂微纳目标及生物组织有时难以配置最佳成像倍率，并将人为中断显微成像观察过程；2、机械调焦由于存在惯性作用，所执行的是一种相对缓慢的显微成像效能变更，难以及时准确切入或跳变到所需的显微放大态，不适用于快速或活性生物组织的动态显微成像观测，同时存在机械调节范围和精度受限等问题；3、电子机械调焦则存在驱动结构的外形尺寸大，行走振动影响成像操作，以及同样存在可调节范围和精度受限等问题；4、包含物镜和目镜的显微成像光学系统基于点扩散函数的本征性，难以执行决定成像效能的点扩散函数其实时、连续或跳变式调节；5、通过图像裁剪或拼接、以及图像数据插值或匀化取值来改变成像视场或放大率，其无法获得动态过程的大视场实时图像；6、现有的常规光学显微镜都存在着基于图像信息处理的显微成像效能调节过程中，针对不同的微纳目标，存在适用性差、以及处理耗时差异性等问题。

实用新型内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型提供了一种单片集成电控液晶双模微镜，其目的在于，解决现有常规光学显微镜存在的上述技术问题，且本实用新型具有对微纳目标和显微成像光场的适应性好、并易与其它光学光电机械结构耦合的优点。

为实现上述目的，按照本实用新型的一个方面，提供了一种单片集成电控液晶双模微镜，包括从上至下依次平行设置的第一增透膜、至少一个组合电极、第一液晶定向层、液晶层、第二液晶定向层、公共电极、第二基片、以及第二增透膜，每个组合电极包括从上到下彼此平行且同心设置的第一电极、绝缘层、以及第二电极，第一电极采用中空结构，第二电极和公共电极采用实心结构，第一电极的中空部分的尺寸是10微米到500微米之间，第二电极的形状与第一电极的外轮廓形状完全相同，其尺寸远小于第一电极的中空部分的尺寸，公共电极的形状与第一电极的外轮廓形状完全相同，其尺寸与第一电极的外轮廓尺寸完全相同，公共电极的公共端与第一电极的一端通过导电引线连接到第一外部控制信号U₁，公共电极的公共端与第二电极的一端通过导电引线连接到第二外部控制信号U₂。

优选地，第一增透膜和第二增透膜均是由常规光学增透膜制成，二者厚度相同，均为100纳米到700纳米，第一基片和第二基片均是由透光材料制成，其厚度均为1毫米到5毫米。

优选地，第一电极可以为中空圆形或者中空矩形，其中空部分可以是圆形或者矩形。

优选地，当第二电极是实心圆形时，其直径为5微米到10微米之间，当第二电极是实心矩形时，其横向的长度为5微米到10微米之间。

优选地，当公共电极是实心圆形时，其直径为10微米到500微米之间，当公共电极是实心矩形时，其横向的长度为10微米到500微米之间。

优选地，液晶层设置于第一液晶定向层和第二液晶定向层之间，其厚度为5微米到500微米，第一液晶定向层和第二液晶定向层均由聚酰亚胺材料制成，且厚度在100纳米到700纳米之间。

总体而言，通过本实用新型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：

1、本实用新型通过将单片集成电控液晶双模微镜与常规光学显微成像系统耦合，以执行无机械移动操作的电控精细调焦显微成像，具有微纳目标和显微成像光场的适应性好、成像效能高的优点。

2、本实用新型通过单片集成电控液晶双模微镜对成像光学系统的点扩散函数执行进一步的无级锐化调节，因而具有显著增大成像景深的特点。

3、本实用新型通过单片集成电控液晶双模微镜的电控选焦和调焦操作，具有可对像场或微纳目标执行层化显微成像解析的优点。

4、本实用新型通过单片集成电控液晶双模微镜的电控调焦操作，可在先验知识或显微成像效果的约束、干预或引导下进行，具有智能化特征。

5、由于本实用新型采用可精密电控调焦的单片集成电控液晶双模微镜，具有极高的结构、电学以及电光参数的稳定性，具有控制精度高的优点。

6、本实用新型的单片集成电控液晶双模微镜，在显微成像光路中接插方便，易与其他光学光电机械结构耦合。

附图说明

图1是根据本实用新型一种实施方式的包括单片集成电控液晶双模微镜的光学显微镜处于散光状态的示意图。

图2是图1中光学显微镜的聚光操作示意图。

图3是根据本实用新型另一种实施方式的包括单片集成电控液晶双模微镜的光学显微镜处于散光状态的示意图。

图4是根据本实用新型一种实施方式的包括单片集成电控液晶双模微镜的光学显微镜处于聚光状态的示意图。

图5是根据本实用新型另一种实施方式的包括单片集成电控液晶双模微镜的光学显微镜处于聚光状态的示意图。

图6是本实用新型单片集成电控液晶双模微镜的结构示意图。

图7(a)和(b)是组成本实用新型单片集成电控液晶双模微镜的第一电极的结构示意图。

图8(a)和(b)是组成本实用新型单片集成电控液晶双模微镜的第二电极的结构示意图。

图9(a)和(b)是组成本实用新型单片集成电控液晶双模微镜的公共电极的结构示意图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：

1-第一增透膜；2-第一基片；3-第一电极；4-绝缘层；5-第二电极；6-第一液晶定向层；7-液晶层；8-第二液晶定向层；9-公共电极；10-第二基片；11-第二增透膜。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型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实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型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。

如图6所示，本实用新型的单片集成电控液晶双模微镜包括从上至下依次平行设置的第一增透膜1、至少一个组合电极、第一液晶定向层6、液晶层7、第二液晶定向层8、公共电极9、第二基片10、以及第二增透膜11。

第一增透膜1和第二增透膜11均是由常规光学增透膜制成，二者厚度相同，均为100纳米到700纳米。

第一基片2和第二基片10均是由透光材料(诸如石英、玻璃等)制成，其厚度均为1毫米到5毫米。

每个组合电极包括从上到下平行设置的第一电极3、绝缘层4、以及第二电极5，需要说明的是，在图6中，出于示例的目的，仅仅示出一个组合电极，应该理解的是，其并不构成对本实用新型的限定。

第一电极3、第二电极5、以及公共电极9彼此同心设置。

如图7(a)和(b)所示，本实用新型的第一电极3采用中空结构，其可以为中空圆形(如图7(a)所示)或者中空矩形(如图7(b)中所示)，其中空部分可以是圆形(如图7(a)所示)或者矩形(如图7(b)中所示)。

在本实施方式中，第一电极3的中空部分的尺寸是10微米到500微米之间，也就是说，当中空部分是圆形时，其直径为10微米到500微米之间，当中空部分是矩形时，其横向的长度为10微米到500微米之间。

如图8(a)和(b)所示，本实用新型的第二电极5采用实心结构，其形状与第一电极3的外轮廓形状完全相同，但其尺寸远小于第一电极3的中空部分的尺寸。

在本实施方式中，当第二电极5是实心圆形时，其直径为5微米到10微米之间，当第二电极5是实心矩形时，其横向的长度为5微米到10微米之间。

如图9(a)和(b)所示，本实用新型的公共电极9采用实心结构，其形状与第一电极3的外轮廓形状完全相同，其尺寸与第一电极3的外轮廓尺寸完全相同。

在本实施方式中，公共电极9是实心圆形时，其直径为10微米到500微米之间，当公共电极9是实心矩形时，其横向的长度为10微米到500微米之间。

如图6所示，可以看到公共电极9的公共端与第一电极3的一端通过导电引线连接到外部控制信号U₁，公共电极9的公共端与第二电极5的一端通过导电引线连接到外部控制信号U₂。

需要注意的是，当本实用新型的单片集成电控液晶双模微镜包括多个组合电极(其总数量为m)时，与上面类似，公共电极9的公共端与第一组合电极中第一电极3的一端通过导电引线连接到外部控制信号U₁，公共电极9的公共端与第一组合电极中第二电极5的一端通过导电引线连接到外部控制信号U₂，公共电极9的公共端与第二组合电极中第一电极3的一端通过导电引线连接到外部控制信号U₃，公共电极9的公共端与第二组合电极中第二电极5的一端通过导电引线连接到外部控制信号U₄，…，公共电极9的公共端与第m组合电极中第一电极3的一端通过导电引线连接到外部控制信号U_2m-1，公共电极9的公共端与第m组合电极中第二电极5的一端通过导电引线连接到外部控制信号U_2m。

外部控制信号U₁、U₂、…、U_2m的大小可以相同，也可以不相同，只要其大小满足光场相差匹配条件即可。

液晶层7设置于第一液晶定向层6和第二液晶定向层8之间，其厚度为5微米到500微米。

第一液晶定向层6和第二液晶定向层8均由诸如聚酰亚胺等材料制成，且厚度在100纳米到700纳米之间。

如图1和图2所示，其示出根据本实用新型一种实施方式的光学显微镜，其包括沿着光路从左到右设置的第一物镜、第二物镜、如上所述的单片集成电控液晶双模微镜(其工作在发散状态)、以及光敏阵列，其中待测物放置在第一物镜一端远离第二物镜的位置。

从图1和图2可以看出，在没有使用本实用新型的单片集成电控液晶双模微镜之前，可以看到虚线部分指示聚焦光斑在显微镜的光敏阵列前端(如图中的虚焦点-A所示)，将产生图像模糊现象，通过在第二物镜和光敏阵列之间放置本实用新型的单片集成电控液晶双模微镜，能够通过对该单片集成电控液晶双模微镜施加外部控制信号，使其工作在散光态，从而能够将聚焦光斑投射在光敏阵列上，从而实现清晰的成像。

如图3所示，其示出根据本实用新型另一种实施方式的光学显微镜，其包括沿着光路从左到右设置的、如上所述的单片集成电控液晶双模微镜(其工作在发散状态)、第一物镜、第二物镜、以及光敏阵列，其中待测物放置在单片集成电控液晶双模微镜一端远离第一物镜的位置。

从图3可以看出，在没有使用本实用新型的单片集成电控液晶双模微镜之前，可以看到虚线部分指示聚焦光斑在显微镜的光敏阵列前端(如虚焦点-C所示)，将产生图像模糊现象，通过在第一物镜和观测物体之间放置本实用新型的单片集成电控液晶双模微镜，能够通过对该单片集成电控液晶双模微镜施加外部控制信号，使其工作在散光态，从而能够将聚焦光斑投射在光敏阵列上，从而实现清晰的成像。

如图4所示，其示出根据本实用新型一种实施方式的光学显微镜，其包括沿着光路从左到右设置的第一物镜、第二物镜、如上所述的单片集成电控液晶双模微镜(其工作在聚光状态)、以及光敏阵列，其中待测物放置在第一物镜一端远离第二物镜的位置。

从图4可以看出，在没有使用本实用新型的单片集成电控液晶双模微镜之前，可以看到虚线部分指示亚聚焦状态的光斑位于显微镜的光敏阵列上(如虚焦点-D所示)，将产生图像模糊现象，通过在第二物镜和光敏阵列之间放置本实用新型的单片集成电控液晶双模微镜，能够通过对该单片集成电控液晶双模微镜施加外部控制信号，使其工作在聚光态，从而能够将聚焦光斑投射在光敏阵列上，从而实现清晰的成像。

如图5所示，其示出根据本实用新型另一种实施方式的光学显微镜，其包括沿着光路从左到右设置的、如上所述的单片集成电控液晶双模微镜(其工作在聚光状态)、第一物镜、第二物镜、以及光敏阵列，其中待测物放置在单片集成电控液晶双模微镜一端远离第一物镜的位置。

从图5可以看出，在没有使用本实用新型的单片集成电控液晶双模微镜之前，可以看到虚线部分指示亚聚焦状态的光斑位于显微镜的光敏阵列上(如虚焦点-E所示)，将产生图像模糊现象，通过在第一物镜和观测物体之间放置本实用新型的单片集成电控液晶双模微镜，能够通过对该单片集成电控液晶双模微镜施加外部控制信号，使其工作在聚光态，从而能够将聚焦光斑投射在光敏阵列上，从而实现清晰的成像。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种单片集成电控液晶双模微镜，包括从上至下依次平行设置的第一增透膜、至少一个组合电极、第一液晶定向层、液晶层、第二液晶定向层、公共电极、第二基片、以及第二增透膜，其特征在于，

每个组合电极包括从上到下彼此平行且同心设置的第一电极、绝缘层、以及第二电极；

第一电极采用中空结构，第二电极和公共电极采用实心结构；

第一电极的中空部分的尺寸是10微米到500微米之间；

第二电极的形状与第一电极的外轮廓形状完全相同，其尺寸远小于第一电极的中空部分的尺寸；

公共电极的形状与第一电极的外轮廓形状完全相同，其尺寸与第一电极的外轮廓尺寸完全相同；

公共电极的公共端与第一电极的一端通过导电引线连接到第一外部控制信号U₁，公共电极的公共端与第二电极的一端通过导电引线连接到第二外部控制信号U₂。

2.根据权利要求1所述的单片集成电控液晶双模微镜，其特征在于，

第一增透膜和第二增透膜均是由常规光学增透膜制成，二者厚度相同，均为100纳米到700纳米，

第一基片和第二基片均是由透光材料制成，其厚度均为1毫米到5毫米。

3.根据权利要求1所述的单片集成电控液晶双模微镜，其特征在于，第一电极是中空圆形或者中空矩形，其中空部分是圆形或者矩形。

4.根据权利要求3所述的单片集成电控液晶双模微镜，其特征在于，

当第二电极是实心圆形时，其直径为5微米到10微米之间；

当第二电极是实心矩形时，其横向的长度为5微米到10微米之间。

5.根据权利要求3所述的单片集成电控液晶双模微镜，其特征在于，

当公共电极是实心圆形时，其直径为10微米到500微米之间；

当公共电极是实心矩形时，其横向的长度为10微米到500微米之间。

6.根据权利要求1所述的单片集成电控液晶双模微镜，其特征在于，

液晶层设置于第一液晶定向层和第二液晶定向层之间，其厚度为5微米到500微米；

第一液晶定向层和第二液晶定向层均由聚酰亚胺材料制成，且厚度在100纳米到700纳米之间。