反射式相位对比显微成像装置的制作方法

1.本实用新型属于显微成像技术领域，涉及一种反射式相位对比显微成像装置。


背景技术：

2.相位对比显微镜(pcm)是利用光的衍射和干涉现象，把相位差变为振幅差来观察活细胞、光子集成器件、光纤等透明/半透明样品的显微方法。目前商业pcm都是基于透射式显微镜改装的，具体结构(参见图3)是：在照明光路(底光源14、准直镜8和聚光镜13组成的光路)中增加相位环4、成像光路中加入相位对比物镜12，不同的折射率在成像系统的焦平面上就能形成强度的变化。虽然现有的商业pcm能实现显微成像，但是存在以下问题：
3.(1)现有的商业pcm，照明光源和成像模块在聚焦物镜两侧，需要使用两个相位环，结构复杂，光路较长，空间大；
4.(2)由于数控机床结构强度要求高，不适合做成大行程的镂空透光结构，因此在大型机器视觉检测系统、激光微纳加工系统、影像分析系统中均采用反射式照明，因此在大型数控、复杂结构、激光加工系统中无法使用这种成像质量更好的相位对比显微成像方法，使得使用受到限制；
5.(3)现有的商业pcm，采用的相位对比物镜，价格昂贵，成本高。


技术实现要素：

6.针对现有pcm存在的技术问题，本实用新型提供一种反射式相位对比显微成像装置，能兼容各类数控机床和激光加工系统，成像结构简单、占空间小，成本低。
7.为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：
8.一种反射式相位对比显微成像装置，包括光源单元、半透半反镜片、相位环、聚焦物镜、反射镜、激光束、双色镜和成像单元；所述光源单元产生的光依次透过半透半反镜片、相位环、双色镜和聚焦物镜至反射镜反射后，反射光依次穿过聚焦物镜、双色镜、相位环和半透半反镜片在成像单元上成像，所述激光束位于光源单元下方且激光束射向双色镜。
9.进一步的，所述成像单元包括相机和成像镜头；所述反射光依次穿过半透半反镜片和成像镜头在相机上成像。
10.进一步的，所述光源单元包括照明光源和准直镜；所述照明光源产生的光经准直镜后透过半透半反镜片。
11.进一步的，所述照明光源为led灯或者白炽灯。
12.进一步的，所述聚焦物镜为透射式物镜或者反射式物镜。
13.进一步的，所述相位环规格为按照国标的物镜的通过孔径分为10倍、20倍、40倍或60倍。
14.一种反射式相位对比显微成像装置，包括光源单元、半透半反镜片、相位环、聚焦物镜、反射镜和成像单元；所述成像单元、半透半反镜片、聚焦物镜和反射镜从上自下依次设置；所述相位环置于成像单元和半透半反镜片之间、或半透半反镜片与聚焦物镜之间、或
置于聚焦物镜上；所述光源单元产生的光射在半透半反镜片上，所述光源单元产生的光射在半透半反镜片上，并透过半透半反镜片和聚焦物镜至反射镜反射后，反射光依次穿过聚焦物镜和半透半反镜片在成像单元上成像。
15.进一步的，所述成像单元包括从上自下依次设置的相机和成像镜头；所述成像镜头位于半透半反镜片上方；所述相位环置于成像镜头和半透半反镜片之间。
16.进一步的，所述光源单元包括照明光源和准直镜；所述照明光源产生的光经准直镜后射在半透半反镜片上。
17.进一步的，所述照明光源为led灯或者白炽灯；所述聚焦物镜为透射式物镜或者反射式物镜；所述相位环规格为按照国标的物镜的通过孔径分为10倍、20倍、40倍或60倍。
18.本实用新型的有益效果是：
19.1、与传统pcm显微镜相比，本实用新型提供的反射式相位对比显微成像装置，照明光源和成像模块在聚焦物镜的同侧，因此仅使用一个相位环，成像装置结构简单，占用空间小，光路短。
20.2、本实用新型，采用反射照明模式，能兼容各类数控机床和激光加工系统，使用范围广。
21.3、本实用新型中，聚焦物镜采用普通透射式/反射式物镜，价格低，降低装置成本。
22.4、本实用新型中，在镜像检测系统中有激光束注入时，相位环在双色镜的上方，相位环未在激光传输路径上，能有效避免相位环会改变激光束的相位和强度分布，保证激光束的聚焦效果，成像质量好。
附图说明
23.图1为实施例1提供的反射式相位对比显微成像装置；
24.图2为实施例2提供的反射式相位对比显微成像装置；
25.图3为现有相位对比显微(pcm)装置示意图；
26.其中：
27.1—相机；2—成像镜头；3—半透半反镜片；4—相位环；5—双色镜；6—聚焦物镜；7—样品，8—准直镜；9—照明光源；10—激光束；11—反射镜；12—相位对比物镜；13—聚光镜；14—底光源。
具体实施方式
28.现结合附图以及实施例对本实用新型做详细的说明。
29.实施例1
30.参见图1，本实施例提供的反射式相位对比显微成像装置，包括光源单元、半透半反镜片3、相位环4、聚焦物镜6、反射镜11、激光束10、双色镜5和成像单元；光源单元产生的光依次透过半透半反镜片3、相位环4、双色镜5和聚焦物镜6至反射镜11反射后，反射光依次穿过聚焦物镜6、双色镜5、相位环4和半透半反镜片3在成像单元上成像。激光束10位于光源单元下方且激光束10射向双色镜5。
31.本实施例中，成像单元包括相机1和成像镜头2；反射光依次穿过半透半反镜片3和成像镜头2在相机1上成像。光源单元包括照明光源9和准直镜8；照明光源9产生的光经准直
镜8后透过半透半反镜片3。
32.本实施例中，半透半反镜片3，其目的是用于照明光的反射和成像光束的透射；相位环4可切换，规格为按照国标的物镜的通过孔径分为10倍、20倍、40倍或60倍；目前广泛使用的物镜为olympus uis长工作距离的物镜，型号有ph1、ph2和ph3，ph1表示物镜的na值不超过0.50；ph2表示na值在0.55至1.0之间；ph3表示na值大于1.0(油镜)，这些物镜都使用专用的相差环。双色镜5的功能是激光束全反射，照明光源的波段高透；聚焦物镜6是透射式，(也可采用反射式来替换)；准直镜8将发散的光束准直；照明光源9，为显微成像的光源，采用led灯(也可用白炽灯替换)；激光束10为激光加工系统中产生的激光；反射镜11为照明光源波段的高反射率反射镜，目的是将透过样品7的照明光源返回至相机1，(反射镜11可用金属膜反射镜或介质膜反射镜来替换)；样品7为待观测样品，如光纤、光波导芯片、生物样品等。
33.本实施例提供的反射式相位对比显微成像装置，因为加工系统中有激光束10产生，因此设置增加双色镜5，当激光束10射向双色镜5时对激光束10进行全反射，同时将相位环4设置在双色镜5的上方，而未将相位环4设置在激光传输路径上，这是原因相位环4会改变激光束的相位和强度分布，恶化激光束的聚焦效果，进而物镜采用普通的聚焦物镜。
34.本实施例提供的成像装置，在安装设置时，相机1、成像镜头2、半透半反镜片3、相位环4、双色镜5、聚焦物镜6、反射镜11从上自下依次放置，半透半反镜片3和双色镜5倾斜设置，照明光源9产生的光经准直镜8后从半透半反镜片3右侧透过半透半反镜片3，激光束10从双色镜5右侧打在双色镜5上。在使用时，将样品7置于聚焦物镜6和反射镜11之间。
35.照明光源9产生的光经准直镜8进行光束准直，然后准直的光束从半透半反镜片3右侧透过半透半反镜片3，再依次经相位环4、双色镜5、聚焦物镜6和样品7产生不同折射率的光束，这些光束打在反射镜11上，不同折射率的光束经反射后，依次经过聚焦物镜6、双色镜5、相位环4、半透半反镜片3和成像镜头2后，最终在相机1上成像，光束不同的折射率在相机1的焦平面上就能形成强度的变化，完成样品7的显微成像。
36.实施例2
37.参见图2，本实施例提供的反射式相位对比显微成像装置，包括光源单元、半透半反镜片3、相位环4、聚焦物镜6、反射镜11和成像单元；成像单元、半透半反镜片3、聚焦物镜6和反射镜11从上自下依次设置；光源单元产生的光射在半透半反镜片3上，光源单元产生的光射在半透半反镜片3上，并透过半透半反镜片3和聚焦物镜6至反射镜11反射后，反射光依次穿过聚焦物镜6和半透半反镜片3在成像单元上成像。
38.如图2所示，将相位环4安装在聚焦物镜6光进入端，使得相位环和聚焦物镜组成的结构作用与相位对比物镜12的作用相同，因此可直接用相位对比物镜12来替换。装置仅采用一个相位调控单元，空间小，光路短。
39.本实施例中，成像单元包括从上自下依次设置的相机1和成像镜头2；成像镜头2位于半透半反镜片3上方。
40.本实施例中，光源单元包括照明光源9和准直镜8；照明光源9产生的光经准直镜8后射在半透半反镜片3上。
41.本实施例中，半透半反镜片3，其目的是用于照明光的反射和成像光束的透射；4为相位环，相位环可切换，规格为按照国标的物镜的通过孔径分为10倍、20倍、40倍或60倍；聚
焦物镜6是透射式，(也可采用反射式来替换)；照明光源9，为显微成像的光源，采用led灯(也可用白炽灯替换)；反射镜11为照明光源波段的高反射率反射镜，目的是将透过样品7的照明光源返回至相机1，(反射镜11可用金属膜反射镜或介质膜反射镜来替换)；样品7为待观测样品，如光纤、光波导芯片、生物样品等。
42.本实施例提供的成像装置，在安装设置时，相机1、成像镜头2、半透半反镜片3、包含相位环4的聚焦物镜6、反射镜11从上自下依次放置，半透半反镜片3倾斜设置，照明光源9产生的光经准直镜8后从半透半反镜片3右侧透过半透半反镜片3。
43.在使用时，将样品7置于聚焦物镜6和反射镜11之间。照明光源9产生的光经准直镜8进行光束准直，然后准直的光束从半透半反镜片3右侧透过半透半反镜片3，再依次经含有相位环4的聚焦物镜6、样品7产生不同折射率的光束，这些光束打在反射镜11上，不同折射率的光束经反射后，依次经过含有相位环4的聚焦物镜6、半透半反镜片3和成像镜头2后，最终在相机1上成像，光束不同的折射率在相机1的焦平面上就能形成强度的变化，完成样品7的显微成像。
44.实施例3
45.与实施例2不同的是，相位环4置于成像单元和半透半反镜片3之间，即相位环4置于成像镜头2和半透半反镜片3之间。装置结构具体为，相机1、成像镜头2、相位环4、半透半反镜片3、聚焦物镜6、反射镜11从上自下依次设置。
46.在使用时，将样品7置于聚焦物镜6和反射镜11之间，照明光源9产生的光经准直镜8进行光束准直，然后准直的光束从半透半反镜片3右侧透过半透半反镜片3，再依次经聚焦物镜6、样品7产生不同折射率的光束，这些光束打在反射镜11上，不同折射率的光束经反射后，依次经过聚焦物镜6、半透半反镜片3、相位环4和成像镜头2后，最终在相机1上成像，光束不同的折射率在相机1的焦平面上就能形成强度的变化，完成样品7的显微成像。
47.实施例4
48.与实施例2不同的是，相位环4置于半透半反镜片3与聚焦物镜6之间。装置结构具体为，相机1、成像镜头2、半透半反镜片3、相位环4、聚焦物镜6、反射镜11从上自下依次设置。相位环4和聚焦物镜6分开设置。
49.在使用时，将样品7置于聚焦物镜6和反射镜11之间。照明光源9产生的光经准直镜8进行光束准直，然后准直的光束从半透半反镜片3右侧透过半透半反镜片3，再依次经相位环4、聚焦物镜6、样品7产生不同折射率的光束，这些光束打在反射镜11上，不同折射率的光束经反射后，依次经过聚焦物镜6、相位环4、半透半反镜片3和成像镜头2后，最终在相机1上成像，光束不同的折射率在相机1的焦平面上就能形成强度的变化，完成样品7的显微成像。
50.本实用新型提供的反射式相位对比成像装置，均采用一个相位环，且照明光源和相机在聚焦物镜的同侧，结构简单、占空间小，光路短，采用普通透射式/反射式物镜，成本低；能兼容各类数控机床和激光加工系统，使用范围广。