CN217060623U - 一种针孔调节装置及应用其的共聚焦成像系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种针孔调节装置及应用其的共聚焦成像系统。针孔调节装置包括：至少两组光学片调节机构，其中，每一组两组光学片调节机构均包括一压电驱动件和一光学片，光学片连接于压电驱动件的动力输出端；每一光学片上均设置有针孔部，每一光学片上的针孔部均朝向预设位置设置，至少两片光学片上的针孔部在预设位置相配合形成允许光束通过的针孔；其中，每一压电驱动件均用于驱动其所连接的光学片朝向或者远离彼此预设位置运动，以对针孔的尺寸进行调节。通过上述方案可以实现对针孔尺寸进行连续调节。

Description

一种针孔调节装置及应用其的共聚焦成像系统

技术领域

本实用新型涉及共聚焦显微成像设备领域，尤其涉及一种针孔调节装置及应用其的共聚焦成像系统。

背景技术

目前在生物成像领域，共聚焦显微成像已广泛应用。在共聚焦成像系统中，照明针孔与成像针孔对于成像质量至关重要，对于不同波长的照明光，通常需要匹配相应尺寸的照明针孔及成像针孔，以确保成像系统的成像品质。

然而，现有的共聚焦成像系统中的照明针孔及成像针孔通常是尺寸固定的，以使得照明针孔及成像针孔的大小无法根据照明光的波长进行适应性调节。

实用新型内容

本实用新型的主要目的是提出一种针孔调节装置及应用其的共聚焦成像系统，旨在解决在现有的现有的共聚焦成像系统中的照明针孔及成像针孔通常是尺寸固定的，以使得照明针孔及成像针孔的大小无法根据照明光的波长进行适应性调节的问题。

为实现上述目的，本实用新型提出的一种针孔调节装置，其中所述针孔调节装置，包括：

至少两组光学片调节机构，其中，每一组所述光学片调节机构均包括一压电驱动件和一光学片，所述光学片连接于所述压电驱动件的动力输出端；

每一所述光学片上均设置有针孔部，每一所述光学片上的所述针孔部均朝向预设位置设置，至少两片所述光学片上的所述针孔部在所述预设位置相配合形成允许光束通过的针孔；

其中，每一所述压电驱动件均用于驱动其所连接的所述光学片朝向或者远离所述预设位置运动，以对所述针孔的尺寸进行调节。

可选地，所述光学片调节机构的数量为至少三组；

每一所述光学片的所述针孔部均为所述光学片的预设边；

所述针孔由多个所述光学片的所述预设边围设形成。

可选地，多个所述光学片调节机构沿环绕所述预设位置的方向均匀排布。

可选地，所述光学片调节机构的数量为四组，相邻的两个所述光学片调节机构的中心与所述预设位置连线的夹角为90°。

可选地，所述光学片调节机构的数量为至少两组；两组所述光学片调节机构以所述预设位置为对称中心呈镜像对称设置；

每一所述光学片的所述针孔部均为位于所述光学片的预设边上的缺口；

所述针孔由两个所述光学片的所述缺口相对接或者部分重叠形成。

可选地，两组所述光学片的所述预设边相平行设置；

所述缺口包括相连接的第一侧壁和第二侧壁；

所述第一侧壁和所述第二侧壁远离彼此的一端分别延伸至与所述预设边相连接；

所述第一侧壁和所述第二侧壁与所述预设边的夹角分别为45°及135°。

可选地，所述针孔调节装置还包括控制器，所述控制器与所述光学片调节机构中的所述压电驱动件通信连接。

为实现上述目的，本实用新型还提出的一种共聚焦成像系统，其中，共聚焦成像系统包括如前文所述的针孔调节装置。

本实用新型提供的技术方案中，通过采用压电驱动件驱动光学片朝向或者远离预设位置运动，从而可以对经由光学片上的针孔部配合形成的针孔的尺寸进行调节，从而可以使得针孔调节装置可以根据通过针孔的光的波长配合调节针孔的尺寸，从而使得该针孔的尺寸与自其通过的光的波长相匹配。进一步的，通过采用压电驱动件驱动光学片运动，从而可以提高针孔尺寸变化精度，从而使得针孔尺寸调节的最小尺寸可达到纳米级，从而可以确保针孔尺寸变化的连续性及提高对针孔尺寸调节的调节精度。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。

图1为本实用新型提供的一种针孔调节装置一实施例的结构示意图；

图2是本实用新型提供的一种针孔调节装置另一实施例的结构示意图；

图3是图2所示针孔调节装置对针孔的尺寸进行调节的示意图；

图4为本实用新型提供的一种共聚焦成像系统一实施例的结构示意图；

图5为图4提供的共聚焦成像系统另一实施方式的结构示意图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				10	针孔调节装置	210	光源
100	光学片调节机构	220	准直透镜
				110	压电驱动件	230	二向色镜
111	动力输出端	240	扫描振镜
				120	光学片	250	物镜
121	针孔部	260	样本平台
				1211	第一侧壁	270	成像镜头
1212	第二侧壁	280	缩放系统
				101	针孔	281	第一子透镜
A	预设位置	282	照明光针孔装置
				20	共聚焦成像系统	283	第二子透镜

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明，若本实用新型实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本实用新型实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B方案、或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

为了解决上述问题，本实用新型提供一种针孔调节装置，图1为本实用新型提供的一种针孔调节装置一实施例的结构示意图。

其中，针孔调节装置10包括至少两组光学片调节机构100，其中，每一组光学片调节机构100均包括一压电驱动件110和一光学片120，光学片120连接于压电驱动件110的动力输出端111。每一光学片120上均设置有针孔部121，每一光学片120上的针孔部121均朝向预设位置A设置，至少两片光学片120上的针孔部121在预设位置A相配合形成允许光束通过的针孔101；其中，每一压电驱动件110均用于驱动其所连接的光学片120朝向或者远离预设位置A运动，以对针孔101的尺寸进行调节。

其中，压电驱动件110的是利用逆压电效应的原理，通过压电陶瓷在电场作用下(一般在共振状态下)产生的形变，由摩擦耦合推动滑台动子的运动，从而驱动其动力输出端111的精密位置移动，其对动力输出端111的调节精度可达到纳米级。例如，对于部分压电驱动件而言，其对光学片120的运动位置调节精度可达到10nm以内。

因此，本实施例中，通过采用压电驱动件110驱动光学片120朝向或者远离预设位置A运动，从而可以对经由光学片120上的针孔部121配合形成的针孔101的尺寸进行调节，从而可以使得针孔调节装置10可以根据通过针孔101的光的波长配合调节针孔101的尺寸，从而使得该针孔101的尺寸与自其通过的光的波长相匹配。进一步的，通过采用压电驱动件110驱动光学片120运动，从而可以提高针孔101尺寸变化精度，从而使得针孔101尺寸调节的最小尺寸可达到纳米级，从而可以确保针孔101尺寸变化的连续性。

请进一步参阅图1。

其中，针孔调节装置10中的光学片调节机构100的数量为多组，这里的多组为三组或者三组以上。如图1所示，本实施例中，以光学片调节机构100的数量为多为四组进行说明。

其中，每一光学片120的针孔部121均为该光学片120的预设边；针孔101则由多个光学片120的预设边围设形成。

具体的，请参阅图1，其中，每组光学片调节机构100中的压电驱动件110的动力输出端111均朝向预设位置A设置，光学片120连接于动力输出端111朝向预设位置A的一侧，压电驱动件110的则可以通过其动力输出端111驱动光学片120朝向靠近或者远离预设位置A运动。

其中，可选地，动力输出端111为压电驱动件110的驱动轴，压电驱动件110可以驱动光学片120沿动力输出端111的轴向进行往返运动。光学片120的针孔部121则位于其背离动力输出端111的一侧，通过压电驱动件110可以驱动光学片120沿动力输出端111的轴向进行往返运动，则可以带动光学片120的针孔部121则朝向或远离预设位置A运动。

本实施例中的四组光学片调节机构100被设置为沿环绕预设位置A的方向均匀排布。

具体的，四组光学片调节机构100可以沿环绕预设位置A的方向每间隔90°进行设置。即，相邻的两个光学片调节机构100的中心与预设位置A的连线的夹角为90°。

其中，四组光学片调节机构100可以两两相对设置，相对设置的两组光学片调节机构100可以以预设位置A为对称中心呈镜像对称设置。此时，此两组相对设置的光学片调节机构100中两个光学片120的针孔部121则可以为朝向彼此设置的预设边，且两个光学片120的针孔部121可以相平行设置。

因此，通过四组光学片调节机构100中的四个光学片120形成的针孔101，则可以具有两组平行且间隔设置的边。

其中，在一些实施方式中，该两组平行且间隔设置的边可以相垂直设置，从而使得形成的针孔101为矩形(例如可以是长方形或者也可以是正方形)。通过使得驱动四个光学片120同步运动，则可以实现针孔101的等比例放大或者缩小，从而可以确保在针孔101尺寸调整的过程中其中心点的位置不发生改变。

上述实施例中以光学片调节机构100的数量为4组进行说明，在其他的实施例中，光学片调节机构100的数量还可以设置为5组、6组或者8组等，对应的可以使得形成的针孔101的轮廓可以是五边形、六边形或者八边形等。光学片调节机构100的数量可以根据所需的针孔101的轮廓形状进行设定，在此不做进一步限定。

上述的实施例中，光学片调节机构100的数量为多组，其中，对于高精度的压电驱动件110而言，其成本会很高，因此可以通过对光学片120进行调整，从而减少压电驱动件110的数量，进而降低整个针孔调节装置10的成本。

具体的，请参阅图2和图3，图2是本实用新型提供的一种针孔调节装置另一实施例的结构示意图；图3是图2所示针孔调节装置对针孔的尺寸进行调节的示意图。

本实施例中，光学片调节机构100的数量为两组，两组光学片调节机构100可以分别设置在预设位置A的相对两侧，且两组光学片调节机构100可以以预设位置A为对称中心呈镜像对称设置。

其中，两组光学片调节机构100中各有一光学片120，且每一光学片120的针孔部121均为位于改光学片120的预设边上的缺口；针孔101则由两个光学片120的缺口相对接或者部分重叠形成。

请一并参阅图3。

具体的，在初始位置时，两组光学片调节机构100中的两个光学片120的缺口可以相对接，通过两个缺口对接形成针孔101，此时，针孔101的尺寸为最大。

当两个压电驱动件110可以分别驱动各自所连接的光学片120朝向彼此(靠近预设位置A)运动时，则会使得两个缺口部分重叠(缺口部分被另一光学片120上的区域所遮挡)，则可以使得形成的针孔101尺寸减小，因此可以实现对形成的针孔101的尺寸进行连续的调节。

其中，可选地，两个光学片120的预设边(两个光学片120的朝向预设位置A设置的边)相平行设置；从而可以通过将两个光学片120的预设边相贴合从而使得两个光学片120上的针孔部121(光学片120上的缺口)的开口位置相对接。

其中，每一缺口均包括相连接的第一侧壁1211和第二侧壁1212；第一侧壁1211和第二侧壁1212远离彼此的一端分别延伸至与预设边相连接。

可选地，第一侧壁1211和第二侧壁1212与光学片120的预设边的夹角分别为45°及135°。通过此种方案可以使得两个光学片120的针孔部121形成的针孔101呈正方形。同样的，通过使得驱动两个光学片120同步运动，则可以实现针孔101的等比例放大或者缩小，从而可以确保在针孔101尺寸调整的过程中其中心点的位置不发生改变。

或者，在其他的实施方式中，第一侧壁1211和第二侧壁1212相垂直，且可以分别与光学片120的预设边的夹角形成其他的角度，即，可以使得形成的针孔101呈长方形。

进一步的，本实施例中，针孔调节装置10还包括控制器(图中未显示)，控制器与光学片调节机构100中的压电驱动件110通信连接。控制器可以向压电驱动件110通发出控制指令，从而对压电驱动件110的运行进行控制。

其中，控制器可以与压电驱动件110采用局域网、蓝牙、5G通信等网络实现无线通信连接；或者控制器可以与压电驱动件110采用导电线等实现有线电信号的电连接。

进一步的，基于同样的发明构思，本实用新型还提供了一种共聚焦成像系统。请参阅图4，图4为本实用新型提供的一种共聚焦成像系统一实施例的结构示意图。

其中，共聚焦成像系统包括如前文任一实施例所述的针孔调节装置10。

具体的，共聚焦成像系统20包括光源210、准直透镜220、二向色镜230、扫描振镜240、物镜250、样本平台260、成像镜头270、针孔调节装置10、PMT(photomultiplier tube，光电倍增管)。

其中，共聚焦成像系统20包括至少照明光路和激发光光路，照明光路包括自光源210发出照射至样本平台260上的光，其中，准直透镜220、二向色镜230、扫描振镜240、物镜250均设置在光源210及样本平台260之间的照明光路上。

其中，自光源210发出的透过准直透镜220，然后经过二向色镜230反射后依次经扫描振镜240和物镜250照射至样本平台260上。

光源210的发光部设置在准直透镜220焦点，光源210的发光部发出的光透过准直透镜220，经过准直透镜220折射聚焦可以将光源210的发光部发出的散射光形成平行光；二向色镜230可以是半透光色镜，透过准直透镜220的平行光可以照射于二向色镜230的反射面，并在二向色镜230的发射面发生全反射效应后形成反射的平行光，反射的平行光进而依次依次经扫描振镜240和物镜250照射至样本平台260上。

其中，光源210可以是激光器，光源210的发光部可以发出激光，可以沿照明光路传输而照射至样本平台260上的待检测样品上，待检测样品可以通过激光照射而发出激发光，激发光则可以沿激发光光路传输至PMT。

其中，待检测样品产生的激发光可以依次透过物镜250、扫描振镜240传输至二向色镜230上，进而透过二向色镜230和成像镜头270，成像镜头270可以对激发光进行聚焦，其中，针孔调节装置10的针孔101可以设置在成像镜头270背离二向色镜230一侧的焦点上，成像镜头270聚焦的激发光则可以穿过针孔101后传输于PMT。

因此，本申请的方案中，通过设置对针孔调节装置10中的针孔101进行尺寸调节，可以使得针孔101可以匹配不同波长的激光，从而可以提高共聚焦成像系统中光源的适配性，即，对于不同的待检测样品，可以根据该待检测样品相匹配的光源调节针孔调节装置10中的针孔101的尺寸，从而可以提高成像品质。

上述实施例中，针孔调节装置10应用于成像针孔，即，针孔调节装置10应用于激发光光路中。

在其他的实施方式中，针孔调节装置10也可以应用于照明光路中。具体请参阅图5，图5为图4提供的共聚焦成像系统另一实施方式的结构示意图。

其中，本实施方式中共聚焦成像系统与图4所示实施方式中区别在于，在准直透镜220与二向色镜230之间的光路上还设置有照明光的缩放系统280。

其中，缩放系统280可以对经过准直透镜220后的平行光形成的照明光斑的大小进行缩放。

例如，对于部分的光源210而言，其发光部发出的光经过准直透镜220后形成的平行光的光斑大小过大，不符合所需的照明要求，因此则可以通过缩放系统280对经过准直透镜220的平行光进行缩放处理。

其中，缩放系统280可以包括第一子透镜281、照明光针孔装置282以及第二子透镜283，第一子透镜281和第二子透镜283的折射率不同。第一子透镜281和第二子透镜283靠近彼此一侧的焦平面共面，且二者在该焦平面上的焦点相重合。照明光针孔装置282则可以是如前文所述的针孔调节装置10，且照明光针孔装置282则可以设置在第一子透镜281和第二子透镜283朝向彼此一侧的焦平面上，与第一子透镜281和第二子透镜283相重合的焦点则可以与针孔101的中心点位置重叠。

经过准直透镜220后形成的平行光则可以通过第一子透镜281聚焦后穿过针孔101，进而传输至第二子透镜283，经过第二子透镜283的折射作用，从而可以形成更加密集的平行光，从而可以降低形成的光斑的尺寸。

同样的，通过采用如前文所述的针孔调节装置10作为照明光针孔装置282，可以通过对针孔101的尺寸进行调节，从而可以使得针孔101可以匹配不同波长的照明激光，从而可以提高共聚焦成像系统中光源的适配性，即，对于不同的待检测样品，可以根据该待检测样品相匹配的光源调节针孔调节装置10中的针孔101的尺寸，从而可以提高形成的照明平行光的品质，进而可以提高整个共聚焦成像系统20的成像品质。

综上，本实用新型提供了一种针孔调节装置及应用其的共聚焦成像系统，通过采用压电驱动件驱动光学片朝向或者远离预设位置运动，从而可以对经由光学片上的针孔部配合形成的针孔的尺寸进行调节，从而可以使得针孔调节装置可以根据通过针孔的光的波长配合调节针孔的尺寸，从而使得该针孔的尺寸与自其通过的光的波长相匹配。进一步的，通过采用压电驱动件驱动光学片运动，从而可以提高针孔尺寸变化精度，从而使得针孔尺寸调节的最小尺寸可达到纳米级，从而可以确保针孔尺寸变化的连续性及提高对针孔尺寸调节的调节精度。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的实用新型构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种针孔调节装置，其特征在于，包括：

至少两组光学片调节机构，其中，每一组所述光学片调节机构均包括一压电驱动件和一光学片，所述光学片连接于所述压电驱动件的动力输出端；

每一所述光学片上均设置有针孔部，每一所述光学片上的所述针孔部均朝向预设位置设置，至少两片所述光学片上的所述针孔部在所述预设位置相配合形成允许光束通过的针孔；

其中，每一所述压电驱动件均用于驱动其所连接的所述光学片朝向或者远离所述预设位置运动，以对所述针孔的尺寸进行调节。

2.如权利要求1所述的针孔调节装置，其特征在于，所述光学片调节机构的数量为至少三组；

每一所述光学片的所述针孔部均为所述光学片的预设边；

所述针孔由多个所述光学片的所述预设边围设形成。

3.如权利要求2所述的针孔调节装置，其特征在于，

多个所述光学片调节机构沿环绕所述预设位置的方向均匀排布。

4.如权利要求3所述的针孔调节装置，其特征在于，

所述光学片调节机构的数量为四组，相邻的两个所述光学片调节机构的中心与所述预设位置连线的夹角为90°。

5.如权利要求1所述的针孔调节装置，其特征在于，

所述光学片调节机构的数量为两组；两组所述光学片调节机构以所述预设位置为对称中心呈镜像对称设置；

每一所述光学片的所述针孔部均为位于所述光学片的预设边上的缺口；

所述针孔由两个所述光学片的所述缺口相对接或者部分重叠形成。

6.如权利要求5所述的针孔调节装置，其特征在于，

两组所述光学片的所述预设边相平行设置；

所述缺口包括相连接的第一侧壁和第二侧壁；

所述第一侧壁和所述第二侧壁远离彼此的一端分别延伸至与所述预设边相连接；

所述第一侧壁和所述第二侧壁与所述预设边的夹角分别为45°及135°。

7.如权利要求1-6任一项所述的针孔调节装置，其特征在于，

所述针孔调节装置还包括控制器，所述控制器与所述光学片调节机构中的所述压电驱动件通信连接。

8.一种共聚焦成像系统，其特征在于，所述共聚焦成像系统包括如权利要求1-7任一项所述的针孔调节装置。

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