CN212060720U - 一种基于折射窗扫描仪的显微成像装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种基于折射窗扫描仪的显微成像装置，涉及光学技术领域。本实用新型所述的基于折射窗扫描仪的显微成像装置，包括沿光路依次设置的激光器、扩束透镜组、第一反射镜、二向色镜、第一微透镜阵列、中继透镜组、折射窗扫描仪组、管镜、第二反射镜、成像物镜、第二微透镜阵列、聚焦透镜和探测器，被测物适于放置在所述成像物镜远离所述第二反射镜的一侧；所述折射窗扫描仪组用于形成可移动的二维焦点阵列以实现对所述被测物的扫描。本实用新型所述的技术方案，通过折射窗扫描仪组引导二维焦点阵列移动实现对被测物的扫描，相比传统的nipkow盘扫描系统，在成像分辨率提高一倍的同时，由于采用阵列式扫描方法，有效加快了成像速度。

Description

一种基于折射窗扫描仪的显微成像装置

技术领域

本实用新型涉及光学技术领域，具体而言，涉及一种基于折射窗扫描仪的显微成像装置。

背景技术

基于nipkow盘的阵列扫描式共焦显微技术以其快速、动态实时成像的优势被广泛应用于医学、生物学领域中，但传统nipkow盘存在阵列点光强分布不均匀的缺点，且旋转nipkow盘会造成光的使用效率低以及信噪比差，使得nipkow盘扫描系统的均匀性、成本和复杂性方面均存在较大劣势。

实用新型内容

本实用新型解决的问题是现有nipkow盘存在阵列点光强分布不均匀、光的使用效率低以及信噪比差等缺点。

为解决上述问题，本实用新型提供一种基于折射窗扫描仪的显微成像装置，包括沿光路依次设置的激光器、扩束透镜组、第一反射镜、二向色镜、第一微透镜阵列、中继透镜组、折射窗扫描仪组、管镜、第二反射镜、成像物镜、第二微透镜阵列、聚焦透镜和探测器，被测物适于放置在所述成像物镜远离所述第二反射镜的一侧；所述折射窗扫描仪组用于形成可移动的二维焦点阵列以实现对所述被测物的扫描。

本实用新型所述的基于折射窗扫描仪的显微成像装置，通过折射窗扫描仪组引导二维焦点阵列移动实现对被测物的扫描，相比传统的nipkow盘扫描系统，在成像分辨率提高一倍的同时，由于采用阵列式扫描方法，有效加快了成像速度。

进一步地，所述扩束透镜组包括平行设置的第一扩束透镜和第二扩束透镜，所述第一扩束透镜与所述激光器相邻设置，所述第二扩束透镜与所述第一反射镜相邻设置，所述第一扩束透镜的直径小于所述第二扩束透镜的直径，所述扩束透镜组用于对来自所述激光器的光束扩束以使所述光束覆盖所述第一微透镜阵列。

本实用新型所述的基于折射窗扫描仪的显微成像装置，通过设置经扩束透镜扩束的光束覆盖第一微透镜阵列，确保后续所形成的子光束阵列光强的均匀性，从而有利于实现对被测物完整的扫描，提高了成像质量。

进一步地，所述基于折射窗扫描仪的显微成像装置还包括空间频率滤波器，所述空间频率滤波器设置在所述第一扩束透镜和所述第二扩束透镜之间，所述空间频率滤波器用于滤除来自所述第一扩束透镜光束中的杂散光。

本实用新型所述的基于折射窗扫描仪的显微成像装置，通过空间频率滤波器对来自第一扩束透镜的光束进行去除高频噪声等干扰的处理，有利于提高成像质量。

进一步地，所述第一微透镜阵列与所述第二微透镜阵列的大小形状相同，所述第一微透镜阵列与所述第二微透镜阵列用于分割光束以形成子光束阵列。

本实用新型所述的基于折射窗扫描仪的显微成像装置，通过设置第一微透镜阵列与第二微透镜阵列的大小形状相同，以确保二维焦点阵列的完备性，从而有利于提高成像质量。

进一步地，所述第一微透镜阵列的微透镜与所述第二微透镜阵列的微透镜均呈阵列点间距在7λ以上的n×n方形阵列，其中，λ为所述激光器发出光束的波长。

本实用新型所述的基于折射窗扫描仪的显微成像装置，通过设置第一微透镜阵列的微透镜与第二微透镜阵列的微透镜均呈阵列点间距在7λ以上的n×n方形阵列，与折射窗扫描仪组配合完成对被测物的完整扫描，提高了成像质量。

进一步地，所述中继透镜组包括第一中继透镜和第二中继透镜，所述第一中继透镜与所述第二中继透镜大小相同且平行设置，所述中继透镜组用于将来自所述第一微透镜阵列的光束转变为平行光束。

本实用新型所述的基于折射窗扫描仪的显微成像装置，通过大小相同且平行设置的第一中继透镜与第二中继透镜将第一微透镜阵列分割出的子光束阵列变为平行子光束，便于后续折射窗扫描仪组对光束进行同步处理，从而减小成像误差，有利于提高成像质量。

进一步地，所述折射窗扫描仪组包括第一折射窗扫描仪和第二折射窗扫描仪，所述第一折射窗扫描仪的旋转轴线与所述第二折射窗扫描仪的旋转轴线垂直。

本实用新型所述的基于折射窗扫描仪的显微成像装置，通过设置第一折射窗扫描仪的旋转方向与所述第二折射窗扫描仪的旋转轴线垂直，实现对被测物的完整扫描，由于阵列子光束足够多，每个子光束只需被移动很小一个区域即可完成整体扫描，因此扫描的总时间大大减少，提高了成像速度。

进一步地，所述基于折射窗扫描仪的显微成像装置还包括滤光片，所述滤光片位于所述二向色镜和所述第二微透镜阵列之间，所述滤光片用于滤除来自所述二向色镜光束中的杂散光。

本实用新型所述的基于折射窗扫描仪的显微成像装置，通过设置位于二向色镜和第二微透镜阵列之间的滤光片，滤除光束传播路径中的杂散光，提高所成图像的信噪比，有效提高了成像质量。

进一步地，所述探测器包括密集型探测器。

本实用新型所述的基于折射窗扫描仪的显微成像装置，通过设置探测器包括密集型探测器，由于密集型探测器灵敏度高、像素较小，能够配合相应处理方法对成像进行处理，从而有效提高成像速度。

进一步地，所述激光器的波长范围为400nm至700nm。

本实用新型所述的基于折射窗扫描仪的显微成像装置，通过设置激光器的波长范围为400nm至700nm，使得光路及成像能够较为清晰地展现出来，有利于提高成像质量和效率。

附图说明

图1为本实用新型实施例所述的显微成像装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例所述的折射窗扫描仪的结构及工作原理示意图；

图3为本实用新型实施例所述的微透镜阵列的结构示意图。

附图标记说明：

1-激光器；2-第一扩束透镜；3-空间频率滤波器；4-第二扩束透镜；5-第一反射镜；6-二向色镜；7-第一微透镜阵列；8-第一中继透镜；9-第二中继透镜；10-第一折射窗扫描仪；11-第二折射窗扫描仪；12-管镜；13-第二反射镜；14-成像物镜；15-被测物；16-滤光片；17-第二微透镜阵列；18-聚焦透镜；19-探测器；20-处理装置。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施例做详细的说明。

如图1所示，本实用新型实施例提供一种基于折射窗扫描仪的显微成像装置，包括沿光路依次设置的激光器1、扩束透镜组、第一反射镜5、二向色镜6、第一微透镜阵列7、中继透镜组、折射窗扫描仪组、管镜12、第二反射镜13、成像物镜14、第二微透镜阵列17、聚焦透镜18和探测器19，被测物15适于放置在所述成像物镜14远离所述第二反射镜13的一侧；所述折射窗扫描仪组用于形成可移动的二维焦点阵列以实现对所述被测物15的扫描。

具体地，在本实施例中，结合图1所示，基于折射窗扫描仪的显微成像装置，包括沿光路依次设置的激光器1、扩束透镜组、第一反射镜5、二向色镜6、第一微透镜阵列7、中继透镜组、折射窗扫描仪组、管镜12、第二反射镜13、成像物镜14、第二微透镜阵列17、聚焦透镜18和探测器19，其中，激光器1发出的激光束经扩束透镜组，即第一扩束透镜2和第二扩束透镜4后实现激光束的扩束，扩展后的激光束经第一反射镜5反射到二向色镜6上，再经二向色镜6的反射进入第一微透镜阵列7，在第一微透镜阵列7中，n×n大小的微透镜将入射光束均匀地分割成n×n束子光束阵列，子光束阵列经过中继透镜组，即第一中继透镜8和第二中继透镜9后变为平行子光束阵列，平行子光束阵列穿过折射窗扫描仪组，即第一折射窗扫描仪10和第二折射窗扫描仪11，经由管镜12汇聚子光束，汇聚后的子光束阵列经由第二反射镜13的反射进入成像物镜14，最终在被测物15上形成均匀而密集的焦点阵列，从被测物15上反射出的光沿同样的路径返回再次进入二向色镜6，也就是经由成像物镜14依次传输至第一微透镜阵列7，并经由二向色镜6透射出的光束阵列进入第二微透镜阵列17实现对平行光束阵列的聚焦，经聚焦透镜18后再次形成均匀而密集的焦点阵列，最后探测器19对焦点阵列进行图像采集，最后将所采集的图像输入处理装置20。通过折射窗扫描仪组引导二维焦点阵列在X和Y方向的运动，每运动到一个位置，探测器19可以记录一幅焦点阵列图像，直到完成对整个被测物15的扫描，由于折射窗扫描仪组具有结构简单、具可调性等优点，相比传统的nipkow盘扫描系统，本实施例能够在成像分辨率提高一倍的同时利用阵列式扫描方法有效加快成像速度。

其中，二向色镜6的反射和透射特性由激光器1发出的激光束的波长决定，且要保证激光束初次经由二向色镜6后反射，再次经由二向色镜6后透射。

其中，管镜12与成像物镜14相配合使用以降低所成像的像差。

在本实施例中，通过折射窗扫描仪组引导二维焦点阵列移动实现对被测物的扫描，相比传统的nipkow盘扫描系统，在成像分辨率提高一倍的同时，由于采用阵列式扫描方法，有效加快了成像速度。

优选地，所述扩束透镜组包括平行设置的第一扩束透镜2和第二扩束透镜4，所述第一扩束透镜2与所述激光器1相邻设置，所述第二扩束透镜4与所述第一反射镜5相邻设置，所述第一扩束透镜2的直径小于所述第二扩束透镜4的直径，所述扩束透镜组用于对来自所述激光器1的光束扩束以使所述光束覆盖所述第一微透镜阵列7。

具体地，在本实施例中，结合图1所示，扩束透镜组包括平行设置的第一扩束透镜2和第二扩束透镜4，其中，第一扩束透镜2与激光器1相邻设置，第二扩束透镜4与第一反射镜5相邻设置，且第一扩束透镜2的直径小于第二扩束透镜4的直径，当激光器1发出的光束射向第一扩束透镜2，经折射后射向直径更大的第二扩束透镜4，从而完成扩束。

其中，经扩束透镜扩束的光束需覆盖第一微透镜阵列7，以确保后续所形成的子光束阵列光强的均匀性，从而有利于实现对被测物15完整的扫描，从而提高了成像质量。

在本实施例中，通过设置经扩束透镜扩束的光束覆盖第一微透镜阵列，确保后续所形成的子光束阵列光强的均匀性，从而有利于实现对被测物完整的扫描，提高了成像质量。

优选地，所述基于折射窗扫描仪的显微成像装置还包括空间频率滤波器3，所述空间频率滤波器3设置在所述第一扩束透镜2和所述第二扩束透镜4之间，所述空间频率滤波器3用于滤除来自所述第一扩束透镜2光束中的杂散光。

具体地，在本实施例中，结合图1所示，基于折射窗扫描仪的显微成像装置还包括空间频率滤波器3，空间频率滤波器3可以设置在第一扩束透镜2和第二扩束透镜4之间，通过空间频率滤波器3对来自第一扩束透镜2的光束进行去除高频噪声等干扰的处理，即滤除来自第一扩束透镜2光束中的杂散光，保证光束波长的单一性，有利于提高成像质量。

其中，空间频率滤波器3也可以设置在其它位置，限定在光束达到第一微透镜阵列7之前的位置。

在本实施例中，通过空间频率滤波器对来自第一扩束透镜的光束进行去除高频噪声等干扰的处理，有利于提高成像质量。

优选地，所述第一微透镜阵列7与所述第二微透镜阵列17的大小形状相同，所述第一微透镜阵列7与所述第二微透镜阵列17用于分割光束以形成子光束阵列。

具体地，在本实施例中，结合图1所示，第一微透镜阵列7与第二微透镜阵列17的大小形状相同，当光束从第一微透镜阵列7射向被测物15一侧后又会沿原路返回，经过二向色镜6和滤光片16后射向第二微透镜阵列17，而由第一微透镜阵列7经过二向色镜6和滤光片16射向第二微透镜阵列17阶段的光束为平行光束，为保证二维焦点阵列的完备性，本实施例中，通过设置第一微透镜阵列7与第二微透镜阵列17的大小形状相同，以确保二维焦点阵列的完备性，从而有利于提高成像质量。

在本实施例中，通过设置第一微透镜阵列与第二微透镜阵列的大小形状相同，以确保二维焦点阵列的完备性，从而有利于提高成像质量。

优选地，所述第一微透镜阵列7的微透镜与所述第二微透镜阵列17的微透镜均呈阵列点间距在7λ以上的n×n方形阵列，其中，λ为所述激光器1发出光束的波长。

具体地，在本实施例中，结合图3所示，第一微透镜阵列7的微透镜与第二微透镜阵列17的微透镜均呈阵列点间距在7λ以上的n×n方形阵列，n×n大小的微透镜将入射光束均匀地分割成n×n束子光束阵列，从而能够与折射窗扫描仪组配合完成对被测物15的完整扫描，提高了成像质量。

其中，阵列点数n×n越多，扫描速度越快。

其中，微透镜焦距的选取要与各器件的相对位置匹配。

在本实施例中，通过设置第一微透镜阵列的微透镜与第二微透镜阵列的微透镜均呈阵列点间距在7λ以上的n×n方形阵列，与折射窗扫描仪组配合完成对被测物的完整扫描，提高了成像质量。

优选地，所述中继透镜组包括第一中继透镜8和第二中继透镜9，所述第一中继透镜8与所述第二中继透镜9大小相同且平行设置，所述中继透镜组用于将来自所述第一微透镜阵列7的光束转变为平行光束。

具体地，在本实施例中，结合图1所示，中继透镜组包括第一中继透镜8和第二中继透镜9，其中，第一中继透镜8与第二中继透镜9大小相同且平行设置，用于将第一微透镜阵列7分割出的子光束阵列变为平行子光束，便于后续折射窗扫描仪组对光束进行同步处理，从而减小成像误差，有利于提高成像质量。

在本实施例中，通过大小相同且平行设置的第一中继透镜与第二中继透镜将第一微透镜阵列分割出的子光束阵列变为平行子光束，便于后续折射窗扫描仪组对光束进行同步处理，从而减小成像误差，有利于提高成像质量。

优选地，所述折射窗扫描仪组包括第一折射窗扫描仪10和第二折射窗扫描仪11，所述第一折射窗扫描仪10的旋转轴线与所述第二折射窗扫描仪11的旋转轴线垂直。

具体地，在本实施例中，结合图1和图2所示，折射窗扫描仪组包括第一折射窗扫描仪10和第二折射窗扫描仪11，其中，第一折射窗扫描仪10和第二折射窗扫描仪11的转动方式可以是如下形式，第一折射窗扫描仪10以图1所示X方向旋转，即绕竖直轴转动，第二折射窗扫描仪11以图1所示Y方向旋转，即绕水平轴转动，通过第一折射窗扫描仪10和第二折射窗扫描仪11的转动，实现对被测物15的完整扫描，由于阵列子光束足够多，每个子光束只需被移动很小一个区域即可完成整体扫描，因此扫描的总时间大大减少，并且操作简单，易于控制。

其中，以图1的实际方向，即左右方向、上下方向以及同时垂直于左右方向和上下方向的前后方向，对第一折射窗扫描仪10和第二折射窗扫描仪11的转动情况进行详细介绍说明；第一折射窗扫描仪10以图1所示X方向旋转，即绕竖直轴转动，从而实现光束在前后方向的移位，然后移位后的光束经由管镜12、第二反射镜13和成像物镜14后，射向被测物15，从而实现对被测物15前后方向的扫描；第二折射窗扫描仪11以图1所示Y方向旋转，即绕水平轴转动，结合图2所示，实现光束在上下方向的移位，从而实现对被测物15左右方向的扫描；因此，第一折射窗扫描仪10和第二折射窗扫描仪11共同起到形成可移动的二维焦点阵列的作用，实现对被测物15上下及左右方向的移动扫描，从而可实现对被测物15的完整扫描。

在本实施例中，通过设置第一折射窗扫描仪的旋转方向与所述第二折射窗扫描仪的旋转轴线垂直，实现对被测物的完整扫描，由于阵列子光束足够多，每个子光束只需被移动很小一个区域即可完成整体扫描，因此扫描的总时间大大减少，提高了成像速度。

优选地，所述基于折射窗扫描仪的显微成像装置还包括滤光片16，所述滤光片16位于所述二向色镜6和所述第二微透镜阵列17之间，所述滤光片16用于滤除来自所述二向色镜6光束中的杂散光。

具体地，在本实施例中，结合图1所示，基于折射窗扫描仪的显微成像装置还包括滤光片16，其中，滤光片16设置在二向色镜6和第二微透镜阵列17之间，经由二向色镜6透射出的光束阵列，经由滤光片16的滤波作用后进入第二微透镜阵列17，滤光片16用于滤除光束传播路径中的杂散光，提高所成图像的信噪比，有效提高了成像质量。

在本实施例中，通过设置位于二向色镜和第二微透镜阵列之间的滤光片，滤除光束传播路径中的杂散光，提高所成图像的信噪比，有效提高了成像质量。

优选地，所述探测器19包括密集型探测器。

具体地，在本实施例中，探测器19包括密集型探测器，密集型探测器灵敏度高、像素较小，能够配合相应处理方法对成像进行处理，有效提高成像速度。

在本实施例中，通过设置探测器包括密集型探测器，由于密集型探测器灵敏度高、像素较小，能够配合相应处理方法对成像进行处理，从而有效提高成像速度。

优选地，所述激光器1的波长范围为400nm至700nm。

具体地，在本实施例中，激光器1的波长范围为400nm至700nm，基本处于可见光的范围内，从而使得光路及成像能够较为清晰地展现出来，有利于提高成像质量和效率。

在本实施例中，通过设置激光器的波长范围为400nm至700nm，使得光路及成像能够较为清晰地展现出来，有利于提高成像质量和效率。

虽然本实用新型公开披露如上，但本实用新型公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本实用新型公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于折射窗扫描仪的显微成像装置，其特征在于，包括沿光路依次设置的激光器(1)、扩束透镜组、第一反射镜(5)、二向色镜(6)、第一微透镜阵列(7)、中继透镜组、折射窗扫描仪组、管镜(12)、第二反射镜(13)、成像物镜(14)、第二微透镜阵列(17)、聚焦透镜(18)和探测器(19)，被测物(15)适于放置在所述成像物镜(14)远离所述第二反射镜(13)的一侧；

所述折射窗扫描仪组用于形成可移动的二维焦点阵列以实现对所述被测物(15)的扫描。

2.根据权利要求1所述的基于折射窗扫描仪的显微成像装置，其特征在于，所述扩束透镜组包括平行设置的第一扩束透镜(2)和第二扩束透镜(4)，所述第一扩束透镜(2)与所述激光器(1)相邻设置，所述第二扩束透镜(4)与所述第一反射镜(5)相邻设置，所述第一扩束透镜(2)的直径小于所述第二扩束透镜(4)的直径，所述扩束透镜组用于对来自所述激光器(1)的光束扩束以使所述光束覆盖所述第一微透镜阵列(7)。

3.根据权利要求2所述的基于折射窗扫描仪的显微成像装置，其特征在于，还包括空间频率滤波器(3)，所述空间频率滤波器(3)设置在所述第一扩束透镜(2)和所述第二扩束透镜(4)之间，所述空间频率滤波器(3)用于滤除来自所述第一扩束透镜(2)光束中的杂散光。

4.根据权利要求1所述的基于折射窗扫描仪的显微成像装置，其特征在于，所述第一微透镜阵列(7)与所述第二微透镜阵列(17)的大小形状相同，所述第一微透镜阵列(7)与所述第二微透镜阵列(17)用于分割光束以形成子光束阵列。

5.根据权利要求4所述的基于折射窗扫描仪的显微成像装置，其特征在于，所述第一微透镜阵列(7)的微透镜与所述第二微透镜阵列(17)的微透镜均呈阵列点间距在7λ以上的n×n方形阵列，其中，λ为所述激光器(1)发出光束的波长。

6.根据权利要求1所述的基于折射窗扫描仪的显微成像装置，其特征在于，所述中继透镜组包括第一中继透镜(8)和第二中继透镜(9)，所述第一中继透镜(8)与所述第二中继透镜(9)大小相同且平行设置，所述中继透镜组用于将来自所述第一微透镜阵列(7)的光束转变为平行光束。

7.根据权利要求1所述的基于折射窗扫描仪的显微成像装置，其特征在于，所述折射窗扫描仪组包括第一折射窗扫描仪(10)和第二折射窗扫描仪(11)，所述第一折射窗扫描仪(10)的旋转轴线与所述第二折射窗扫描仪(11)的旋转轴线垂直。

8.根据权利要求1所述的基于折射窗扫描仪的显微成像装置，其特征在于，还包括滤光片(16)，所述滤光片(16)位于所述二向色镜(6)和所述第二微透镜阵列(17)之间，所述滤光片(16)用于滤除来自所述二向色镜(6)光束中的杂散光。

9.根据权利要求1所述的基于折射窗扫描仪的显微成像装置，其特征在于，所述探测器(19)包括密集型探测器。

10.根据权利要求1所述的基于折射窗扫描仪的显微成像装置，其特征在于，所述激光器(1)的波长范围为400nm至700nm。

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