专利名称：光钳夹控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光钳夹控制装置，并且特别是涉及一种在空间 中任意改变光钳夹位置的光钳夹控制装置。
背景技术：
使用激光聚焦的光钳夹技术目前已应用于微机电、生医等领域 中。由于激光会对粒子产生类似于捕捉的效果，由此可以控制多个 粒子的运动。然而，在控制粒子运动的机制中，仍须使粒子受到的 光压梯度产生变化，才能^吏粒子产生类似于直线、偏折或漩涡运动。
另外，虽然光钳夹技术在操控微米级的粒子上有很大的帮助， 但目前仅需要通过激光的聚焦来操控聚焦平面上的粒子，从而无法 达到空间中灵活操控粒子的运动。
发明内容
本发明涉及一种光钳夹控制装置，通过面镜组与可变焦透镜组 的4荅配4吏用，^吏激光的聚焦位置能够在空间中任意变化。
本发明提供了一种光钳夹控制装置，该装置包括光源、物镜 以及聚焦调整单元。聚焦调整单元i殳置于光源与物4竟之间，并包括 面镜组和可变焦透镜组。面镜组包括至少一个面镜，该面镜以可转 动的方式i殳置，以改变光源的光线照射到面4竟后的出射角度。可变 焦透4竟组包括至少一个变焦透4竟，该变焦透4竟对应面镇 没置。其中，
通过转动面4竟或改变变焦透4竟的焦距，可〗吏光线经物4竟的聚焦位置 在焦平面或焦平面前侧或后侧移动。
根据本发明的光钳夹控制装置，其中该面镜组包括多个以可转 动方式i殳置的面4竟。
根据本发明的光钳夹控制装置，其中该面镜组的面镜以多组形 式排列。
根据本发明的光钳夹控制装置，其中该可变焦透镜组包括多个 变焦透4竟。
根据本发明的光钳夹控制装置，其中该可变焦透镜组的变焦透 4竟以多组形式4非列。
根据本发明的光钳夹控制装置，其中该变焦透镜为液态透镜 (liquid lens )或电液态透镜(electro-liquid lens )。
根据本发明的光钳夹控制装置，其中该面镜组为数字微镜元件 (digitamirror device, DMD )。
根据本发明的光钳夹控制装置，其中该可变焦透镜组设置于该 面4竟组与该物4竟之间。
才艮据本发明的光4甘夹控制装置，还包括第一透4免组，^立于该 面镜组与该可变焦透镜组之间；以及第二透镜组，位于该可变焦透 4竟组与该物4竟之间。
根据本发明的光钳夹控制装置，还包括偏极分光镜，位于该 面4竟组与该可变焦透4竟组之间；以及四分之一波长纟反，i殳置于该面 4竟组与该偏极分光4竟之间。
根据本发明的光钳夹控制装置，其中该光源为激光源。 本发明还提供了一种光钳夹控制装置，该装置包括光源、物
镜以及聚焦调整单元。聚焦调整单元i殳置于光源与物4竟之间，并包
括面镜组。面镜组具有至少一列面镜，该列面镜包括多个可转动的 面镜。这些面镜用以改变光源的光线照射到面镜组后的出射角度， 并且通过转动这些面4竟，Y吏光线经物4竟的聚焦位置在物4竟的焦平面移动。
根据本发明的光钳夹控制装置，其中该聚焦调整单元还包括可 变焦透镜组对应该面镜组设置。
根据本发明的光钳夹控制装置，其中该可变焦透镜组设置于该
面4竟ia与该物《竟之间。
根据本发明的光钳夹控制装置，还包括第一透镜组，位于该 面4免组与该可变焦透《免组之间；以及第二透4免组，位于该可变焦透 4竟组与该物4竟之间。
根据本发明的光钳夹控制装置，还包括偏极分光4竟，位于该 面镜组与该可变焦透镜组之间；以及四分之一波长板，设置于该面 4竟组与该偏才及分光4竟之间。
根据本发明的光钳夹控制装置，其中该面镜组为数字微镜元件。
本发明还提供了一种光钳夹控制装置，该装置包括光源、物 镜以及聚焦调整单元。聚焦调整单元"i殳置在光源与物4竟之间，并包 括至少一列变焦透镜。其中，通过改变各变焦透镜的焦距，使光源 的光线经物4竟的聚焦^f立置在焦平面前侧或后侧移动。
根据本发明的光钳夹控制装置，其中该聚焦调整单元还包括至 少一列面4竟对应该列变焦透4竟-没置。
根据本发明的光钳夹控制装置，其中该列变焦透镜位于该面镜 与该物镜之间。为使本发明的上述内容能更明显易懂，下文特举优
选实施例，并结合所附附图，4乍详细i兌明力o下
图1示出了根据本发明优选实施例的光钳夹控制装置的示意图。
图2示出了图i的变焦透#:改变焦距的示意图。 图3示出了图i的面镜转动角度的示意图。
图4 5示出了图3的变焦透4竟改变焦3巨的示意图。
具体实施例方式
本实施例披露的光钳夹控制装置包括光源、物镜以及聚焦调整 单元。该聚焦调整单元包括面镜组和可变焦透4竟组，其中聚焦调整 单元位于光源与物镜之间。通过转动面镜组的面镜或变换可变焦透 ^i且，4吏光线在物#:的焦平面上的聚焦位置改变，或者〗吏光线在焦 平面前侧或后侧的聚焦位置变动。以下附图详细说明光钳夹控制装 置的i殳计。
参照图i，其示出了根据本发明优选实施例的光钳夹控制装置 的示意图。如图i所示，光钳夹控制装置i包括光源ioo、物镇:iio 以及聚焦调整单元，其中聚焦调整单元i殳置在光源100与物《竟110 之间。聚焦调整单元包括面4竟组120和可变焦透4竟组130。面4竟组
120包纟舌至少一个面4竟，该面4竟以可專t动的方式i殳置，以改变光源 100的光线照射到面镜后的出射角度。可变焦透镜组130包括至少 一个变焦透镜，该变焦透镜对应面镜设置。其中，通过转动面镜或 改变变焦透4竟的焦距，可4吏光线经物4竟的聚焦位置在焦平面FP或 焦平面FP前侧或后侧移动。本实施例的光源100例如是激光源。 由于激光的指向性高且具有高强度，非常适合作为光源IO(H吏用。
关于聚焦调整单元的配置，其可变焦透镜组130优选位于面镜 组120与物镜110之间。如图1所示，光钳夹控制装置l还包括第 一透4竟组140、第二透4竟组150、偏才及分光4竟(polarized beam splitter ) 160以及一个四分之一波长才反(quarter wave plate) 170。第一透今免 组140位于面镇:组120与可变焦透4竟组130之间，第二透镜组150 则位于可变焦透镜组130与物镜110之间。偏才及分光4竟160位于面 4免组120与第一透4竟组140之间，四分之一波长板170则i殳置在面 4竟组120与偏才及分光4竟160之间。
在本实施例中，面4免组120包括多个可转动的面镜121 123, 而可变焦透镜组130包括多个变焦透4竟131 133。其中面4竟121 123 与变焦透镜131 133均成列排列。面镜组120可以是数字微镜元件 (DMD),其上具有多个可转动的小4竟片，以任意调整光线的出射 角度。变焦透4竟131 133则例如是液态透4竟，或优选;也为电液态透 镜。电液态透镜在施加不同电压的状态下会改变其厚度，因此以电 '液态透《竟作为可变焦透4竟组130的元件时，可以调整其自身的焦3巨。
当光源100射出的激光(线偏极光)从偏极分光镜160的一侧 入射时，偏极分光镜160会使激光偏折并射向四分之一波长板170。 激光穿透四分之一波长板170后会射向面4竟组120的面4竟，例如面 镜121。当激光由面镜121反射并再次穿透四分之一波长板170后， 会再次入射到偏极分光镜160。然后，激光便依序穿过第一透镜组 140、可变焦透镜组130的变焦透镜133与第二透镜组150。最后，
激光会聚焦于物《竟110的焦平面FP上(例如聚焦位置Ml )。由于 面镜组120上任一个面镜都可以转动，而且可变焦透镜组130上的
各个变焦透4竟也可以改变其焦3巨，因此可以4壬意梯:4空〗敫光在焦平面
FP上、焦平面FP前侧或后侧的聚焦^立置。
参照图2，其示出了图1的变焦透4竟改变焦距的示意图。如图 2所示，单独使变焦透镜133的厚度变小后。由于变焦透镜的焦距 大小与厚度成反比，因而变焦透镜133的厚度变小时，其焦距会变 大。当激光穿透第二透镜组150与物镜110后，激光会聚焦在焦平 面FP的后侧(例如聚焦位置M2 )。反之，如果变焦透镜133的厚 度变大，则变焦透镜133的焦距会变小，使得激光聚焦在物镜焦平 面的前侧。这样，只要调整可变焦透镜组130上任一变焦透镜的厚 度，便可以改变激光的聚焦位置，使其落在焦平面FP的前侧或后 侧。
接着参照图3,其示出了图1的面4竟转动角度的示意图。如图 3所示，1义让面4竟组120的面4竟121顺时4十转动一'J、角度。由于面 镜121改变了激光照射到面镜121后的出射角度，连带地使激光倾 斜地入射到偏极分光镜160,并依次穿透第一透镜组140、变焦透 镜133、第二透镜组150与物镜110,最后激光会聚焦在焦平面FP 上的其它位置(例如聚焦位置M3)。
当然，也可以同时调整面4竟组120上的面4竟4争动角度与可变焦 透镜组130的变焦透镜的焦距。参照图4 5，其示出了图3的变焦 透镜改变焦距的示意图。当面镜121转动一角度后，激光已由原先 的聚焦位置M1变换到聚焦位置M3 (参见图1和图3)。此时，若 再调整变焦透镜133的厚度使的变厚，如图4所示，则由于变焦透 镜133的焦距大小与厚度成反比，激光的聚焦位置将变换到焦平面 FP的前侧(例如聚焦位置M4)。反之，若将变焦透镜133的厚度
减少，如图5所示，则激光的聚焦^f立置将变^:到焦平面FP的后侧
(例如聚焦位置M5 )。
虽然本实施例的面4竟组120是以成列排列的面4竟121 123作i兌 明，而可变焦透镜组130是以包括成列排列的变焦透镜131 133作 说明，但本发明并不限于此。在其它实施例中，面镜组120与可变 焦透镜组130可以包括多个面镜与变焦透镜。优选地，这些面镜或 变焦透4竟以多组的形式4非列于平面上，而且一个面4竟是对应一个变 焦透镜设置。这样，光钳夹控制装置1除了能够控制激光在焦平面 FP的前侧或后侧聚焦，还能够进一步纟喿控激光在焦平面FP上的聚 焦^立置上下左右沿着不同^各径移动。
另外，虽然本实施例的光钳夹控制装置1以可变焦透镜组130 作说明，然而在其它实施例中，也可以只4吏用一^:光学透4免4荅配可 转动的面镜操作。举例来说，可以将多个透镜设置在一个可相对面 镜组120移动的才几构上。这样，通过才几构带动透4竟朝远离面4竟组120 或靠近面4免組120移动，也可以改变激光的聚焦位置为焦平面前侧 或后侧。
本实施例的光4计夹控制装置1例如应用于才喿控《鼓流系统的粒子 运动。依据实际操作的需求，来调整光钳夹控制装置1中各元件的 设计参数，例如选用具有适当焦距的透镜组及其数量、物镜、偏极 分光镜等，使激光的聚焦位置位于预定范围内。在操作时，将承载 有粒子的检测试件设置在该预定范围内，通过调整面镜的转动角 度、改变焦透镜的焦距大小，便可变换激光在空间中的聚焦位置， 因此使一皮光钳夹捕捉到的粒子随之移动。
本发明上述实施例所纟皮露的光钳夹控制装置，是通过面镜组与 透镜组的搭配操作，使光钳夹控制装置能够在空间中任意变换激光 的聚焦位置。
综上所述，虽然本发明已以优选实施例4皮露:^上，然而其并非 用以限定本发明。本领域普通技术人员，在不背离本发明的精神和 范围的情况下，可作各种更改和》务饰。因此，本发明的4呆护范围应 当以随后所附权利要求所限定的为准。
主要组件符号i兌明
1:光钳夹控制装置
100:光源
110:物镜
121 ~ 123:面镜
120:面镜组
130:可变焦透4竟纟且
131-133:变焦透4竟
150:第二透镜组
170:四分之一波长4反
140:第一透镜组 160:偏极分光镜 FP:焦平面
M1 M5:聚焦位置
权利要求
1. 一种光钳夹控制装置，包括:光源，用于产生光线；物镜，具有焦平面；以及聚焦调整单元，设置在所述光源与所述物镜之间，所述聚焦调整单元包括:面镜组，包括至少一个面镜，所述面镜以可转动的方式设置，来改变所述光线照射到所述面镜后的出射角度；以及可变焦透镜组，包括至少一个变焦透镜，所述变焦透镜对应所述面镜设置，所述变焦透镜可改变其焦距；其中，通过转动所述面镜或是改变所述变焦透镜的焦距，使所述光线经所述物镜的聚焦位置在所述焦平面或是所述焦平面前侧或后侧移动。
2. 根据权利要求1所述的光钳夹控制装置，其中，所述面镜组包 括多个以可转动方式i殳置的面4竟。
3. 根据权利要求2所述的光钳夹控制装置，其中，所述面镜组的 所述面4竟以多《且形式4非列。
4. 根据权利要求1所述的光钳夹控制装置，其中，所述可变焦透 4竟组包4舌多个变焦透4竟。
5. 根据权利要求4所述的光钳夹控制装置，其中，所述可变焦透 镜组的所述变焦透4竟以多组形式排列。
6. 根据权利要求1所述的光钳夹控制装置，其中，所述变焦透镜 为液态透4竟或电'液态透4竟。
7. 根据权利要求1所述的光钳夹控制装置，其中，所述面镜组为 凄t字樣"竟元件。
8. 根据权利要求1所述的光钳夹控制装置，其中，所述可变焦透 4竟组设置在所述面4竟组与所述物4竟之间。
9. 一种光钳夹控制装置，包括光源，用于产生光线； 物4竟，具有焦平面；以及聚焦调整单元，i殳置于所述光源与所述物4竟之间，所述 聚焦调整单元包4舌面4竟组，所述面4竟组具有至少一列面4竟，所 述列面4竟包括多个可转动的面4竟，所述面4竟用来改变所述光线 照射到所述面镜组后的出射角度；其中，通过转动所述面镜，使所述光线经所述物镜的聚 焦4立置在所述焦平面移动。
10. —种光钳夹控制装置，包括光源，用于产生光线； 物4竟，具有焦平面；以及聚焦调整单元，设置在所述光源与所述物4竟之间，所述 聚焦调整单元包括至少一列变焦透镜，各个所述变焦透4竟可改 变其焦3巨；其中，通过改变各个所述变焦透4竟的焦3巨， -使所述光线 经所述物镜的聚焦位置在焦平面前侧或后侧移动。
全文摘要
光钳夹控制装置包括光源、物镜与聚焦调整单元。聚焦调整单元设置在光源与物镜之间，并且包括面镜组和可变焦透镜组。面镜组包括至少一个面镜，该面镜以可转动的方式设置，以改变光源的光线照射到面镜后的出射角度。可变焦透镜组包括至少一个变焦透镜，该变焦透镜对应面镜设置。其中，通过转动面镜或改变变焦透镜的焦距，可使光线经物镜的聚焦位置在焦平面或是焦平面前侧或后侧移动。本发明的光钳夹控制装置，通过面镜组与可变焦透镜组的搭配使用，使激光的聚焦位置能够在空间中任意变化。
文档编号G02B7/04GK101388259SQ20071014535
公开日2009年3月18日 申请日期2007年9月11日 优先权日2007年9月11日
发明者刘承贤, 吴丰旭, 周忠诚, 张爱堂, 震 彭, 琅 徐, 曾胜阳, 李大元, 威 王 申请人:佳世达科技股份有限公司