CN209471314U - 用于波前寻址测调的液晶微镜 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于波前寻址测调的液晶微镜，包括从上至下依次平行设置的第一增透膜、第一基片、图案化电极、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，图案化电极和公共电极彼此同心设置，图案化电极包括从内到外同心设置的一个圆形子电极、以及多个扇形子电极，位于同一层的多个扇形子电极具有相同的圆心角，且同一层的所有扇形子电极组成一个完整的圆形，编号为(i，j)的圆形子电极和各个扇形子电极通过各自的电连接线从图案化电极引出，并与从公共电极引出的电连接线一起，分别连接到各个外部控制信号U_i，j的两端。本实用新型具有可寻址时序测量及调变成像光束波前与点扩散函数用于显微成像测量的优点。

Description

用于波前寻址测调的液晶微镜

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，涉及一种用于波前寻址测调的液晶微镜。

背景技术

目前，光学(包括荧光)显微镜已经得到了日益广泛的应用。然而，现有的光学显微镜存在一些不可忽略的技术问题：第一、其不具备同时获取和调节光波前和图像的能力，而畸变的波前会降低成像分辨率、图像清晰度或对比度，并增大图像噪声；第二、其不具备通过时序测量成像波前与点扩散函数作为量化评估依据，从而监控和预测显微成像操作、效果及走势的能力；第三、即使其能够获取光波前，但是其不具备对光波前进行调节的能力；第四、常规光学显微成像均基于全视场成像展开，不具备对目标光波的点扩散函数的实时测量和校正能力；第五、常规光学显微成像受限于机械调焦精度，不具备成像面的精细层析选择、快速跳变或景深受控扩展能力；第六、由于常规光学显微成像受限于处理图像信息所依据的点扩散函数(Point spread function，简称PSF)，该函数又受制于由物镜和目镜所构成的常规显微成像光学系统，因此无法执行模糊图像的清晰化处理；第七、其无法有选择性地针对局部视场或特征目标，进行波前和点扩散函数的跟踪测量和校正处理。

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用于波前寻址测调的液晶微镜，其目的在于，解决现有光学显微镜存在的上述技术问题，本实用新型的光学显微镜具有可寻址时序测量及调变成像光束波前与点扩散函数用于显微成像测量、可显微成像观测的微纳结构与光场适应性好、成像效能高、以及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，提供了一种用于波前寻址测调的液晶微镜，包括从上至下依次平行设置的第一增透膜、第一基片、图案化电极、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，图案化电极和公共电极彼此同心设置，图案化电极包括从内到外同心设置的一个圆形子电极、以及多个扇形子电极，位于同一层的多个扇形子电极具有相同的圆心角，且同一层的所有扇形子电极组成一个完整的圆形，编号为(i，j)的圆形子电极和各个扇形子电极通过各自的电连接线从图案化电极引出，并与从公共电极引出的电连接线一起，分别连接到各个外部控制信号U_i，j的两端，用于在所述液晶微镜被接入光路从而形成光学显微镜时，实现以可寻址方式测量和调节波前，其中i表示该扇形子电极在图案化电极中的层数序号，且有i∈(1，n)，其中n表示图案化电极的层数，j表示该扇形子电极在图案化电极第i层中的序号，且有j∈(1，m)，m表示图案化电极每一层所包括的扇形子电极的总数。

优选地，圆形子电极与其相邻的各个扇形子电极之间、以及各个相邻的扇形子电极之间是电绝缘的。

优选地，圆形子电极和每个扇形子电极上均匀设置有多个微孔。

优选地，微孔的孔径在10微米至100微米之间，微孔的形状为圆形或矩形。

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。

优选地，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，当所述液晶微镜被被用在光学显微镜时，最外侧扇形子电极对应圆形轮廓的直径大于光学显微镜中光敏阵列的光敏元尺寸。

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、本实用新型能够实现同时获取和调节波前和图像，从而进一步获得点扩散函数，通过施加外部控制信号对模糊甚至畸变图像的波前进行校正，实现点扩散函数的锐化，从而提高成像分辨率、图像清晰度和对比度，并降低图像噪声。

2、本实用新型通过施加外部控制信号对波前进行测量和调节，可以实现光学显微镜成像面的精细层析选择、电控捷变、以及景深扩展。

3、本实用新型能够以可寻址方式对局部视场或特征目标进行波前跟踪测量和调节操作，具有显微成像效能可基于波前进行量化评估的优点。

4、本实用新型以可寻址方式测量和调节波前，可在先验知识或成像波束情况的约束、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用于波前寻址测调的液晶微镜，具有极高的结构、电学以及电光参数的稳定性，并具有控制精度高的优点。

6、本实用新型用于波前寻址测调的液晶微镜在显微光路中接插方便，易与常规光学光电机械结构等耦合。

附图说明

图1是根据本实用新型一种实施方式的包括用于波前寻址测调的液晶微镜的光学显微镜的配置示意图。

图2是根据本实用新型另一种实施方式的包括用于波前寻址测调的液晶微镜的光学显微镜的配置示意图。

图3是本实用新型用于波前寻址测调的液晶微镜的结构示意图。

图4(a)和(b)是本实用新型用于波前寻址测调的液晶微镜中图案化电极的结构示意图；

图5是本实用新型用于波前寻址测调的液晶微镜中公共电极的结构示意图。

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-图案化电极，4-第一液晶定向层，5-液晶层，6-第二液晶定向层，7-公共电极，8-第二基片，9-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3所示，本实用新型用于波前寻址测调的液晶微镜包括从上至下依次平行设置的第一增透膜1、第一基片2、图案化电极3、第一液晶定向层4、液晶层5、第二液晶定向层6、公共电极7、第二基片8、以及第二增透膜9。

第一增透膜1和第二增透膜9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8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。

图案化电极3和公共电极7彼此同心设置。

图4(a)和(b)示出本实用新型的图案化电极的结构，该图案化电极包括从内到外同心设置的一个圆形子电极、以及多个扇形子电极，圆形子电极与其相邻的各个扇形子电极之间、以及各个相邻的扇形子电极之间是电绝缘的(在图中，白色的线条表示的就是绝缘区域)。

位于同一层的多个扇形子电极具有相同的圆心角，且同一层的所有扇形子电极组成一个完整的圆形(在图中，每一层具有8个扇形子电极)。

扇形子电极的编号用(i，j)表示，其中i表示该扇形子电极在图案化电极中的层数序号(从内到外)，且有i∈(1，n)，其中n表示图案化电极的层数，j表示该扇形子电极在图案化电极的第i层中的序号，且有j∈(1，m)，其中m表示图案化电极每一层所包括的扇形子电极的总数。

针对图4(a)和(b)而言，最内层的圆形子电极，其区域编号为(1，1)，该圆形子电极外层的各个扇形子电极，其区域编号为(2，1)、(2，2)、…、(2，8)。

区域编号为(i，j)的圆形子电极和各个扇形子电极通过各自的电连接线从图案化电极3引出，并与从公共电极7引出的电连接线一起，分别连接到各个外部控制信号U_i，j的两端。

由于各个外部电压信号是与圆形子电极、以及各个具体的扇形子电极相对应，因而当本实用新型用于波前寻址测调的液晶微镜被接入光路，从而形成光学显微镜时，能够实现以可寻址方式测量和调节波前。

圆形子电极和每个扇形子电极上都均匀设置有多个微孔，微孔的孔径在10微米至100微米之间，微孔的形状可以为圆形或矩形。

应该注意的是，在图4(a)和(b)中，出于示意的方便起见，仅仅示出了将单个环形子电极平均分割为8个部分后得到的扇形子电极，但是其并不构成对本实用新型子电极数量的限定。

在本实施方式中，图案化电极的层数n的上限是20，单个环形子电极被分割后得到的扇形子电极总数m的上限是16。

当采用本实施方式的图案化电极的用于波前寻址测调的液晶微镜被用在光学显微镜时，最外侧扇形子电极对应圆形轮廓的直径略大于光敏阵列中光敏元的尺寸。

图5示出了从本实用新型的公共电极所引出的多个电连接线。

图1示出了根据本实用新型第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、如上所述的用于波前寻址测调的液晶微镜、以及光敏阵列，其中待测物放置在第一物镜远离第二物镜的一侧。

如图1所示，本实用新型用于波前寻址测调的液晶微镜是设置在第二物镜和光敏阵列之间，以时序方式检测待测物的波前和图像，当检测到待测物的波前出现异常时，首先以可寻址的方式确定用于波前寻址测调的液晶微镜中图案化电极上的具体区域，并对该具体区域施加外部控制信号进行调节，从而实现对波前的可寻址调节，进而使得成像焦点位于光敏阵列的焦点-A上，并获得清晰化的显微图像。

图2示出了根据本实用新型第二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、如上所述的用于波前寻址测调的液晶微镜、第一物镜、第二物镜、以及光敏阵列，其中待测物放置在用于波前寻址测调的液晶微镜远离第一物镜的一侧。

如图2所示，本实用新型用于波前寻址测调的液晶微镜是设置在待测物和第一物镜之间，以时序方式检测待测物的波前和图像，当检测到待测物的波前出现异常时，首先以可寻址的方式确定用于波前寻址测调的液晶微镜中图案化电极上的具体区域，并对该具体区域施加外部控制信号进行调节，从而实现对波前的可寻址调节，进而使得成像焦点位于光敏阵列的焦点-B上，进而获得清晰化的显微图像。

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 (7)

1.一种用于波前寻址测调的液晶微镜，包括从上至下依次平行设置的第一增透膜、第一基片、图案化电极、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，

图案化电极和公共电极彼此同心设置；

图案化电极包括从内到外同心设置的一个圆形子电极、以及多个扇形子电极；

位于同一层的多个扇形子电极具有相同的圆心角，且同一层的所有扇形子电极组成一个完整的圆形；

编号为(i，j)的圆形子电极和各个扇形子电极通过各自的电连接线从图案化电极引出，并与从公共电极引出的电连接线一起，分别连接到各个外部控制信号U_i，j的两端，用于在所述液晶微镜被接入光路从而形成光学显微镜时，实现以可寻址方式测量和调节波前，其中i表示该扇形子电极在图案化电极中的层数序号，且有i∈(1，n)，其中n表示图案化电极的层数，j表示该扇形子电极在图案化电极第i层中的序号，且有j∈(1，m)，其中m表示图案化电极每一层所包括的扇形子电极的总数，图案化电极的层数n的上限是20，单个环形子电极被分割后得到的扇形子电极总数m的上限是16。

2.根据权利要求1所述的液晶微镜，其特征在于，圆形子电极与其相邻的各个扇形子电极之间、以及各个相邻的扇形子电极之间是电绝缘的。

3.根据权利要求1所述的液晶微镜，其特征在于，圆形子电极和每个扇形子电极上均匀设置有多个微孔。

4.根据权利要求3所述的液晶微镜，其特征在于，微孔的孔径在10微米至100微米之间，微孔的形状为圆形或矩形。

5.根据权利要求1所述的液晶微镜，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。

6.根据权利要求1所述的液晶微镜，其特征在于，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。

7.根据权利要求1所述的液晶微镜，其特征在于，当所述液晶微镜被用在光学显微镜时，最外侧扇形子电极对应圆形轮廓的直径大于光学显微镜中光敏阵列的光敏元尺寸。