一种显微镜用可激光引入的多光路切换装置的制作方法

1.本实用新型涉及一种显微镜用可激光引入的多光路切换装置，属于光学成像及照明技术领域。


背景技术：

2.显微成像是指微小样品经过光束透射或反射后得到放大图像的技术。通常采用白光照射样品，图像对比度取决于样品不同部位对光的吸收。采用这种方式最大的缺点是大多数生物样品的对比度都很低，并且会由于离焦信息的干扰导致分辨率也较低，例如当样品中成分复杂，对同一种光的吸收参差不齐，当其他非观测物对光的吸收更强时，要观测的对象被其他杂散光掩盖，导致成像分辨率低，因此对显微镜采用不同激发光源可更好凸显样品特性实现显微荧光成像。然而，现有的显微镜一般采用不同的输入端口实现多类激发光源的引入，占用端口太多对成像平台的扩展性要求很高。另外，目前显微镜用光源基本为氙灯、汞灯、卤钨灯等宽波段光源，对于一些需要特定波段激发的样品进行显微观测成像时，需要利用滤光片滤除其他波段，这通常只有荧光纤维镜拓展有可插滤光片的组件；若引入特定波段的准直激光直接激发样品，可以使普通显微镜同样实现样品的特定波段激发，显微镜观测样品时通常需要根据外界光线调节光强，已得到更清晰的成像效果，而准直激光光斑小，功率密度大，在有限的光斑范围内，难以实现功率的线性调节。因此若是设计出一种显微镜用的，可准直激光引入并可调节准直激光光强，同时还能实现多光源引入并实现光路自动切换功能的显微镜光路引入装置，可以极大的拓展普通显微镜在各类材料微结构观测上应用。


技术实现要素：

3.本实用新型公开了一种显微镜用可激光引入的多光路切换装置，可准直激光引入并可调节光强，同时还能实现多光源引入并实现光路自动切换，使普通显微镜可以满足各类材料微结构的观测。
4.所述一种显微镜用可激光引入的多光路切换装置，主要包括多光路切换组件和激光扩束组件：
5.所述多光路切换组件包括电动双镜切换模块和光源引入模块：
6.所述电动双镜切换模块包括光源耦合架、两个镜片合件、两个步进电机、电机防护箱和通讯接口；所述光源耦合架包括顶盖和四面耦合框，所述顶盖和四面耦合框组成开口立方体结构，所述四面耦合框每个面上开设有装配孔，其中一个面上装配孔用于安装所述光源引入模块，其余面上装配孔用于耦合各类光源；两个所述镜片合件分别安装在两个所述步进电机的输出轴上，所述步进电机用于驱动所述镜片合件进行旋转角度，使得所述镜片合件与所述四面耦合框的侧面在0
°
和45
°
之间切换；所述两个步进电机安装在所述电机防护箱中，所述电机防护箱上设有通讯接口，采用软件通信分别对两个所述步进电机进行独立控制。
7.所述光源引入模块包括电动调节光阑、转接法兰和光束引入镜筒，所述电动调节光阑安装在所述四面耦合框其中一个面上装配孔，并连接所述转接法兰，用于调节激发光束光强；所述光束引入镜筒一头安装在所述转接法兰上，另一头接入显微镜用于引入激发光束。所述光束引入镜筒包括镜筒和聚焦透镜，所述聚焦透镜位于所述镜筒内，且所述聚焦透镜的焦距等于所述聚焦透镜到显微镜光学物镜后焦面的轴向距离。被所述镜片合件反射的激发光束经聚焦透镜会聚于所述光学物镜后焦面上，使光束满足柯勒照明条件。
8.进一步地，所述镜片合件所用的镜片可以为反射镜片或二向色镜片。所述反射镜片可反射照射在所述反射镜片上的光束。所述二向色镜片可用于光线的分束或合束；分束时，可使一束由不同波长光组成的光束中的小于截止波长的光透过所述二向色镜片出射，所述光束中其他波长光经所述二向色镜片反射引入显微镜，合束时，可使一束小于截止波长的光透过所述二向色镜片后出射，另一束大于截止波长的光经所述二向色镜片反射，进行合束。
9.所述激光扩束组件包括安装座、第一反射镜、扩束镜筒和第二反射镜；所述安装座用于所述第一反射镜、扩束镜筒和第二反射镜的安装和固定，并连接所述电动双镜切换模块；所述第一反射镜安装在所述扩束镜筒输入端，用于反射准直激光进入所述扩束镜筒，调节所述第一反射镜安装角度，可以调节准直激光入射位置；所述扩束镜筒输入端装有凹透镜，输出端装有凸透镜，准直激光通过输入端凹透镜进入扩束镜筒中变成发散光束，再通过输出端凸透镜后变成大面积的平行激发光束；所述第二反射镜安装在所述扩束镜筒输出端，用于反射扩束镜筒输出端出射的平行激发光束进入电动双镜切换模块，调节第二反射镜安装角度，可以调节平行激发光束入射角度。
10.本实用新型的有益效果
11.1.本实用新型公开的一种显微镜用可激光引入的多光路切换装置，所述四面耦合框每个面上开设有装配孔，除安装所述光束引入镜筒外的其余三个装配孔都可用于耦合光源，实现平行光源、宽场光源、光纤光源等多类激发光源多路引入显微镜。
12.2.本实用新型公开的一种显微镜用可激光引入的多光路切换装置，采用软件通信对分别独立控制所述步进电机驱动所述镜片合件旋转角度，使得所述镜片合件与所述四面耦合框的侧面在0
°
和45
°
之间切换，操作简单，光路切换精确、稳定，减少测试时间和测试误差。
13.3.本实用新型公开的一种显微镜用可激光引入的多光路切换装置，所述聚焦透镜的焦距等于所述聚焦透镜经反射面到所述显微镜中光学物镜后焦面的轴向距离，满足柯勒照明条件，可以实现宽场均匀照明。
附图说明
14.图1为一种显微镜用可激光引入的多光路切换装置主视图
15.图2为一种显微镜用可激光引入的多光路切换装置的多光路切换组件结构外观图
16.图3为一种显微镜用可激光引入的多光路切换装置的激光扩束组件结构外观图
17.图4为一种显微镜用可激光引入的多光路切换装置的镜片合件与步进电机安装示意图
18.图5为一种显微镜用可激光引入的多光路切换装置的第一种实施方式
19.图6为一种显微镜用可激光引入的多光路切换装置的第二种实施方式
20.图7为一种显微镜用可激光引入的多光路切换装置的第三种实施方式
21.图8为一种显微镜用可激光引入的多光路切换装置的第四种实施方式
22.图9为一种显微镜用可激光引入的多光路切换装置的第五种实施方式
23.图10为一种显微镜用可激光引入的多光路切换装置的第六种实施方式
24.图11为光束引入镜筒柯勒照明光路示意图
25.图中:1.安装座，2.第一反射镜，3.扩束镜筒，3-1.凹透镜，3-2.凸透镜，4.第二反射镜，5.电动双镜切换模块，5-1.光源耦合架，5-2.镜片合件，5-3.步进电机， 5-4.电机防护箱，5-5.通讯接口，6.电动调节光阑，7.转接法兰，8.光束引入镜筒， 8-1.镜筒，8-2.聚焦透镜，9.显微镜光学物镜，10.待测样品
具体实施方式
26.下文将结合具体实施例对本实用新型的技术方案做更进一步的详细说明。应当理解，下列实施例仅为示例性地说明和解释本实用新型，而不应被解释为对本实用新型保护范围的限制。凡基于本实用新型上述内容所实现的技术均涵盖在本实用新型旨在保护的范围内。
27.本实用新型实施例提供了一种显微镜用可激光引入的多光路切换装置，如图1至图4所示，所述装置包括：
28.所述一种显微镜用可激光引入的多光路切换装置，包括多光路切换组件和激光扩束组件：
29.多光路切换组件包括电动双镜切换模块以及光源引入模块：
30.电动双镜切换模块包括光源耦合架5-1、两个镜片合件5-2、两个步进电机 5-3、电机防护箱5-4和通讯接口5-5；光源耦合架5-1包括顶盖和四面耦合框，顶盖和四面耦合框组成开口立方体结构，四面耦合框每个面上开设有装配孔，其中一个面上装配孔用于安装光源引入模块，其余面上装配孔用于耦合各类光源；两个镜片合件5-2分别安装在两个步进电机5-3的输出轴上，步进电机5-3 用于驱动镜片合件5-2进行旋转角度，使得镜片合件5-2与四面耦合框的侧面在 0
°
和45
°
之间切换；两个步进电机5-3安装在电机防护箱5-4中，电机防护箱 5-4上设有通讯接口5-5，采用软件通信分别对两个步进电机5-3进行独立控制。
31.光源引入模块包括电动调节光阑6、转接法兰7和光束引入镜筒8，电动调节光阑6安装在四面耦合框其中一个面上装配孔，并连接转接法兰7，用于调节激发光束光强；光束引入镜筒8一头安装在转接法兰7上，另一头接入显微镜用于引入激发光束。光束引入镜筒8包括镜筒8-1和聚焦透镜8-2，聚焦透镜8-2 位于镜筒8-1内，且聚焦透镜8-2的焦距等于聚焦透镜8-2到显微镜光学物镜9 后焦面的轴向距离。被所述激发光束经聚焦透镜8-2会聚于光学物镜后焦面上，使光束满足柯勒照明条件。
32.进一步地，镜片合件5-2所用的镜片可以为反射镜片或二向色镜片。反射镜片可反射照射在反射镜片上的光束。二向色镜片可用于光线的分束或合束；分束时，可使一束由不同波长光组成的光束中的小于截止波长的光透过二向色镜片出射，光束中其他波长光经二向色镜片反射引入显微镜，合束时，可使一束小于截止波长的光透过二向色镜片后出射，另一束大于截止波长的光经二向色镜片反射，进行合束。
33.激光扩束组件包括安装座1、第一反射镜2、扩束镜筒3和第二反射镜4；安装座1用于第一反射镜2、扩束镜筒3和第二反射镜4的安装和固定，并连接电动双镜切换模块；第一反射镜2安装在扩束镜筒3输入端，用于反射准直激光进入扩束镜筒3，调节第一反射镜2安装角度，可以调节准直激光入射位置；扩束镜筒3输入端装有凹透镜3-1，输出端装有凸透镜3-2，准直激光通过输入端凹透镜3-1进入扩束镜筒3中变成发散光束，再通过输出端凸透镜3-2后变成大面积的平行激发光束；第二反射镜4安装在扩束镜筒3输出端，用于反射扩束镜筒3输出端出射的平行激发光束进入电动双镜切换模块，调节第二反射镜4 安装角度，可以调节平行激发光束入射角度。
34.在本实用新型实施例中，整个一种显微镜用可激光引入的多光路切换装置装配在显微镜上，镜筒8-1和聚焦透镜8-2位于显微镜内部，其余部件在显微镜外部。
35.下面结合具体实施例对本方案作进一步介绍：
36.在本实用新型提供得第一实施例中，如图5所示，光源耦合架5-1的四面耦合框除安装光束引入镜筒8的其余各个装配孔上分别连接光源a、光源b和光源 c，镜片合件5-2上的镜片采用反射镜片，可以通过步进电机5-3电动精确切换光源a、光源b和光源c所发射的激发光束照射待测样品10，实现待测样品10 被光源a所发射的激发光束激发进行测试。如图5所示，通过程序控制步进电机5-3b工作，其输出轴带动镜片合件5-2b逆时针旋转45
°
至光源耦合架5-1的侧面，通过程序控制步进电机5-3a工作，其输出轴带动镜片合件5-2a逆时针旋转至光源耦合架5-1中心对角线位置。光源a发射的激发光束经镜片合件5-2a 反射后，先后通过电动调节光阑6、转接法兰7和光束引入镜筒8，被聚焦透镜 8-2汇聚于显微镜光学物镜9后焦面上，宽场均匀照明待测样品10，通过电动调节光阑6调节激发光束光强，获得清晰的显微图像。
37.在本实用新型提供得第二实施例中，如图6所示，光源耦合架5-1的四面耦合框除安装光束引入镜筒8的其余各个装配孔上分别连接光源a、光源b和光源 c，镜片合件5-2上的镜片采用反射镜片，可以通过步进电机5-3电动精确切换光源a、光源b和光源c所发射的激发光束照射待测样品10，实现待测样品10 被光源b所发射的激发光束激发进行测试。如图6所示，通过程序控制步进电机5-3b工作，其输出轴带动镜片合件5-2b逆时针旋转45
°
至光源耦合架5-1的侧面，通过程序控制步进电机5-3a工作，其输出轴带动镜片合件5-2a顺时针旋转45
°
至光源耦合架5-1的侧面。光源b发射的激发光束先后通过电动调节光阑6、转接法兰7和光束引入镜筒8，被聚焦透镜8-2汇聚于显微镜光学物镜9 后焦面上，宽场均匀照明待测样品10，通过电动调节光阑6调节激发光束光强，获得清晰的显微图像。
38.在本实用新型提供得第三实施例中，如图7所示，光源耦合架5-1的四面耦合框除安装光束引入镜筒8的其余各个装配孔上分别连接光源a、光源b和光源 c，镜片合件5-2上的镜片采用反射镜片，可以通过步进电机5-3电动精确切换光源a、光源b和光源c所发射的激发光束照射待测样品10，实现待测样品10 被光源c所发射的激发光束激发进行测试。如图7所示，通过程序控制步进电机5-3a工作，其输出轴带动镜片合件5-2a逆时针旋转至光源耦合架5-1的侧面，通过程序控制步进电机5-3b工作，其输出轴带动镜片合件5-2b顺时针旋转45
°
至光源耦合架5-1中心对角线位置。光源c发射的激发光束经镜片合件5-2b反射后，先后通过电动调节光阑6、转接法兰7和光束引入镜筒8，被聚焦透镜8-2 汇聚于显微镜光学物镜9后焦面上，宽场均匀照明待测样品10，通过电动调节光阑6调节激发光束光强，获得清晰
的显微图像。
39.在本实用新型提供得第四实施例中，如图8所示，光源耦合架5-1的除安装光束引入镜筒8的其余各个装配孔上分别连接光源a、光源b和光源c，镜片合件5-2上的镜片采用二向色镜片，可以通过步进电机5-3电动精确切换光源a或光源c所发射的激发光束中大于截止波长的光经二向色镜片反射照射待测样品 10，实现待测样品10被光源a或光源c所发射的激发光束中大于二向色镜片截止波长的光激发进行测试。如图8所示，通过程序控制步进电机5-3b工作，其输出轴带动镜片合件5-2b逆时针旋转至光源耦合架5-1的侧面，通过程序控制步进电机5-3a工作，其输出轴带动镜片合件5-2a逆时针旋转45
°
至光源耦合架 5-1中心对角线位置。光源a发射的激发光束中小于经截止波长的光经镜片合件 5-2a上的二向色镜片出射，大于截止波长的光经镜片合件5-2a上的二向色镜片反射后，先后通过电动调节光阑6、转接法兰7和光束引入镜筒8，被聚焦透镜 8-2汇聚于显微镜光学物镜9后焦面上，宽场均匀照明待测样品10，通过电动调节光阑6调节激发光束光强，获得清晰的显微图像。待测样品10被光源c所发射的激发光束中大于二向色镜片截止波长的光激发进行测试时，镜片合件5-2 旋转方案同实施例3。
40.在本实用新型提供得第五实施例中，如图9所示，光源耦合架5-1的四面耦合框除安装光束引入镜筒8的其余各个装配孔上分别连接光源a、光源b和光源 c，镜片合件5-2采用二向色镜片，可以通过步进电机5-3电动精确切换，实现光源a与光源b的合束，或光源c与光源b的合束，实现待测样品10的多波段激发进行测试。如图9所示，通过程序控制步进电机5-3b工作，其输出轴带动镜片合件5-2b逆时针旋转至光源耦合架5-1的侧面，通过程序控制步进电机5-3a 工作，其输出轴带动镜片合件5-2a逆时针旋转45
°
至光源耦合架5-1中心对角线位置。光源a发射的激发光束中小于经截止波长的光经镜片合件5-2a上的二向色镜片出射，大于截止波长的光经镜片合件5-2a上的二向色镜片反射；光源 b发射的激发光束中小于经截止波长的光经镜片合件5-2a上的二向色镜片出射，与光源a所发射的激发光束中大于截止波长的光合束，再先后通过电动调节光阑6、转接法兰7和光束引入镜筒8，被聚焦透镜8-2汇聚于显微镜光学物镜9 后焦面上，宽场均匀照明待测样品10，通过电动调节光阑6调节激发光束光强，获得清晰的显微图像。光源c所发射的激发光束中大于镜片合件5-2a上的二向色镜片截止波长的光与与光源b所发射的激发光束中小于截止波长的光进行合束激发待测样品10进行测试时，镜片合件5-2旋转方案同实施例3。
41.在本实用新型提供得第六实施例中，如图10所示，当实施例1至5中光源 a、光源b和光源c中任一为准直激光时，将安装有第一反射镜2、扩束镜筒3 以及第二反射镜4的安装座1连接在光源耦合架5-1的四面耦合框除安装光束引入镜筒8的其余装配孔上，实现待测样品10的激光激发测试。如图10所示，准直激光经第一反射镜2反射进入扩束镜筒3，先经扩束镜筒3输入端凹透镜 3-1变为发散光束，再经扩束镜筒3输出端凸透镜3-2变为大面积的平行光束出射，被第二反射镜4反射进入光源耦合架5-1，光路切换同实施例1至5，对样品进行激光激发测试。
42.以上，对本实用新型的实施方式进行了说明。但是，本实用新型不限定于上述实施方式。凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。