成像旋转装置及成像系统的制作方法

本实用新型涉及空间成像技术领域，特别涉及一种成像旋转装置及成像系统。

背景技术：

材料是人们生存和生活不可或缺的部分，是整个社会发展与进步的重要基石。某一种新材料的问世，往往会引起人类社会突破性的变革,例如:半导体材料、有机高分子材料、结构材料、纳米材料、生物材料及复合材料等等。在对材料的研究过程中，确定样品的位置，观测材料的形貌显得尤其重要，光学成像则为其中一种最为有效的方法。

近年来，人们通过多个光学元器件的组合来对样品(或其动量空间)进行成像，通过图像的信息来获取材料本身的特性。人们已经不满足仅仅对单一方向维度的测量，想实现对整个样品面360°的探测，以求获取更完备的数据结果。而在整套系统中，样品台、成像光路以及探测器为其中最为关键的三个要素。要想实现整个样品面的测量，则要求样品台、成像光路以及探测器这三要素中，其中一个要素需实现旋转功能。

1.探测器旋转。探测器的性能优越与否直接关系到整个实验结果的好坏，往往一个性能优良的探测器会具有较大体积，且附带一些电学设备，甚至水冷等其他配套设施。想实现旋转，代价昂贵，十分困难。

2.成像光路旋转。目前人们采用的一个比较成熟的方法是将光引入到机械臂中，控制机械臂的转动，来实现整个样品面的探测。该方法适用于宏观样品，对于尺寸位于介观(微米及亚微米尺度)范围的样品，机械臂转动后，很有可能已偏离样品区。

3.样品台旋转。为应对旋转的需求的，市面上已有旋转的样品台产品。将样品固定到样品台上之后，通过转动整个样品台，从而实现整个样品面的探测。该方法难以测量尺寸位于微观(几微米及以下)样品，同时转动样品台还涉及可能需要重新对焦的缺点。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种成像旋转装置及成像装置，无需对整个成像光路进行旋转，更不需要转动探测器或者样品台，即可实现对图像的旋转，进而实现对整个样品面360°的探测。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种成像旋转装置，包括:成像棱镜；旋转电机，具有一旋转轴，并通过所述旋转轴连接至所述成像棱镜，用于驱动所述成像棱镜发生旋转，使所述成像棱镜的出射光束和入射光束之间发生绕旋转轴的旋转；所述旋转轴垂直于所述成像棱镜的侧面。

可选的，还包括：棱镜调节部，安装至所述成像棱镜，用于调整所述成像棱镜的空间位置。

可选的，所述棱镜调节部包括第一安装结构，所述第一安装结构上设置有第一通孔，用于安装所述成像棱镜，且所述棱镜调节部还包括微调螺杆，安装至所述第一安装结构，一端伸出所述第一通孔的内壁；所述微调螺杆可旋进旋出，从而改变所述微调螺杆伸出所述第一通孔的内壁的量，从而调整所述成像棱镜的空间位置。

可选的，还包括：旋转电机调节部，安装至所述旋转电机，用于调节所述旋转电机的空间位置。

可选的，所述旋转电机调节部包括第二安装结构，所述第二安装结构上设置有第二通孔，用于安装所述旋转电机，且所述旋转电机调节部还包微调螺杆，安装至所述第二安装结构，一端伸出所述第二通孔的内壁；所述微调螺杆可旋进旋出，从而改变所述微调螺杆伸出所述第二通孔的内壁的量，从而调整所述旋转电机的空间位置。

为了解决上述技术问题，本实用新型还提供了一种成像系统，包括：依次放置的样品台、成像光路和探测器，其中：所述样品台用于放置样品；所述成像光路用于采集所述样品台上放置的样品的图像信息；所述探测器用于将所述成像光路采集的图像信息成像；还包括：成像棱镜，设置于所述成像光路和；样品台之间，用于改变所述成像光路采集的图像信息的方向；旋转电机，具有一旋转轴，并通过所述旋转轴连接至所述成像棱镜，用于驱动所述成像棱镜发生旋转，使所述成像棱镜的出射光束和入射光束之间发生绕旋转轴的旋转，从而改变所述成像光路采集的图像信息的方向；所述旋转轴垂直于所述成像棱镜的侧面。

可选的，还包括：棱镜调节部，与所述成像棱镜相连接，用于调整所述成像棱镜的空间位置。

可选的，所述棱镜调节部包括第一安装结构，所述第一安装结构上设置有第一通孔，用于安装所述成像棱镜，且所述棱镜调节部还包括微调螺杆，安装至所述第一安装结构，一端伸出所述第一通孔的内壁；所述微调螺杆可旋进旋出，从而改变所述微调螺杆伸出所述第一通孔的内壁的量，从而调整所述成像棱镜的空间位置。

可选的，还包括：旋转电机调节部，与所述旋转电机相连接，用于调节所述旋转电机的空间位置。

可选的，所述旋转电机调节部包括第二安装结构，所述第二安装结构上设置有第二通孔，用于安装所述旋转电机，且所述旋转电机调节部还包微调螺杆，安装至所述第二安装结构，一端伸出所述第二通孔的内壁；所述微调螺杆可旋进旋出，从而改变所述微调螺杆伸出所述第二通孔的内壁的量，从而调整所述旋转电机的空间位置。

本实用新型的成像旋转装置及成像系统具有可旋转的成像棱镜，放置在成像光路中时，可以在不改变成像光路、样品台及探测器的情况下实现对样品台上放置的样品面的被采集图像的转向，实现对样品面的全方位、多角度的信息采集。

附图说明

图1为本实用新型的一种具体实施方式中成像棱镜的光学特性示意图，其中(a)为所述成像棱镜未发生旋转时成像棱镜的出射光束和入射光束之间的关系示意图；(b)为所述成像棱镜发生90度旋转后成像棱镜的出射光束和入射光束之间的关系示意图。

图2为本实用新型的一个具体实施方式中所述成像旋转装置的结构示意图。

图3为本实用新型的一个具体实施方式中所述成像系统的结构示意图。

图4为本实用新型的一个具体实施方式中所述成像系统的所成图像随成像旋转装置的旋转而发生旋转的示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式对本实用新型提出的一种成像旋转装置及成像系统作进一步详细说明。

请参阅图1、图2，其中图1为本实用新型的一种具体实施方式中成像棱镜的光学特性示意图，其中(a)为所述成像棱镜未发生旋转时成像棱镜的出射光束和入射光束之间的关系示意图；(b)为所述成像棱镜发生90度旋转后成像棱镜的出射光束和入射光束之间的关系示意图。图2为本实用新型的一个具体实施方式中所述成像旋转装置的结构示意图。

在该具体实施方式中，所述成像旋转装置包括:成像棱镜；旋转电机，具有一旋转轴，并通过所述旋转轴连接至所述成像棱镜，用于驱动所述成像棱镜发生旋转，使所述成像棱镜的出射光束和入射光束之间发生绕旋转轴的旋转；所述旋转轴垂直于所述成像棱镜的侧面。

在一种具体实施方式中，物空间的图像平行光入射，经过成像棱镜之后，成一个等大的像。当物绕其轴线旋转ω角时，像同方向旋转2ω。因此，将棱镜转动180°，即可实现图像360°旋转。

所述成像棱镜不发生旋转时，坐标系xyz经所述成像棱镜后变为x'y'z'，并满足x＝x',y＝-y',z＝z'，为一个等大倒立的像。所述成像棱镜转动90°后，坐标系满足x＝x',y＝y',z＝-z'，为一个等大正立的像。

在一种具体实施方式中，还包括：棱镜调节部，安装至所述成像棱镜，用于调整所述成像棱镜的空间位置。

所述棱镜调节部包括第一安装结构，所述第一安装结构上设置有第一通孔，用于安装所述成像棱镜，且所述棱镜调节部还包括微调螺杆，安装至所述第一安装结构，一端伸出所述第一通孔的内壁，将所述成像棱镜卡在所述第一通孔内；所述微调螺杆可旋进旋出，从而改变所述微调螺杆伸出所述第一通孔的内壁的量，从而调整所述成像棱镜的空间位置。在一种具体实施方式中，所述棱镜调节部对成像棱镜的空间位置的调整包括两个方向上的平移调节和三个角度调节。

在一种具体实施方式中，还包括：旋转电机调节部，安装至所述旋转电机，用于调节所述旋转电机的空间位置。

所述旋转电机调节部包括第二安装结构，所述第二安装结构上设置有第二通孔，用于安装所述旋转电机，且所述旋转电机调节部还包微调螺杆，安装至所述第二安装结构，一端伸出所述第二通孔的内壁，将所述旋转电机卡在所述第二通孔内；所述微调螺杆可旋进旋出，从而改变所述微调螺杆伸出所述第二通孔的内壁的量，从而调整所述旋转电机的空间位置。

在一种具体实施方式中，所述旋转电机调节部对旋转电机的空间位置的调整包括对旋转轴的三个角度的调节。

通过棱镜调节部和所述旋转电机调节部，能够调节成像棱镜和旋转电机的空间取向，包括但不限于x、y、z方向的平移，以及沿各坐标轴的夹角θx、θy、θz调节，以及调节旋转电机的空间取向。

请参阅图2，在图2所示的具体实施方式中，其中器件2即为本专利中涉及的成像棱镜(含棱镜镜架)，器件1为所述棱镜调节部，为一个五维调节结构，y、z两个方向各有一个微调螺杆，以实现在y、z方向上的水平调节。器件1左侧还带有另外3个微调螺杆，以实现沿各坐标轴的夹角θx、θy、θz三维角度调节。器件1与器件2固定连接，可以通过器件1实现对器件2的空间位置的调节。

具体的，器件1设置有第一通孔，供器件2的一端放入。在器件2安装到器件1上后，器件1上的五个微调螺杆的一端均直接作用到器件2上，并通过五个微调螺杆伸入所述器件1中的进量，推挤器件2，改变器件2的空间位置。

例如，2个在y、z轴方向上的微调螺钉伸入所述器件1的长度变大时，器件1在y、z轴方向上被顶动，发生y、z轴方向上的位移。在一些具体实施方式中，可配合球头柱塞使用。球头柱塞安装于所述第一安装结构中，球头端外露于所述器件1的第一通孔的内壁，将器件2卡在通孔中，防止所述器件2从器件1的通孔中掉落。

在一种具体实施方式中，所述器件1中的各个微调螺钉均可自由的旋进旋出。在图2中，y方向至的是垂直于纸面的方向，z方向指的是竖直方向，x方向指的是水平方向。

器件3、5为结构转接板，器件4为旋转电机。器件1通过器件3与旋转电机相连，在旋转电机旋转的时候，带动所述器件1、器件2一起旋转。在器件1、2旋转的过程中，两者不发生相对移动。

器件4还通过器件5固定至最外层的器件6上。具体的，器件4、5均安装到所述器件6的第二通孔中，所述器件6即为所述旋转电机调节部，除了通过微调螺钉调节旋转电机在所述第二通孔内的位置，实现对所述旋转电机空间位置的调节，还具有三个方向上的角度调节功能。具体的，所述器件6上的器件7，用来对旋转电机，即器件5的沿各坐标轴的夹角θx、θy、θz三个方向上的角度调节功能。器件7也为微调螺杆，。

具体的，通过调整器件7旋进所述器件6的量，来改变所述器件5在θx、θy、θz三个方向上被推动的量，从而实现所述器件5在沿各坐标轴的夹角θx、θy、θz方向上的位移。由于器件4与5固定相连接，器件5在三个方向的位移发生变化时，器件4在三个方向的位移也发生变化，实现了对器件4，即旋转电机的角度调节。综上，所述成像旋转装置既可调节成像棱镜的空间位置，也可调节旋转电机的转轴的空间位置。

为了解决上述技术问题，本实用新型还提供了一种成像系统，包括：依次放置的样品台、成像光路和探测器，其中：所述样品台用于放置样品；所述成像光路用于采集所述样品台上放置的样品的图像信息；所述探测器用于将所述成像光路采集的图像信息成像；还包括：成像棱镜，设置于所述成像光路与样品台之间，用于改变所述成像光路采集的图像信息的方向；旋转电机，具有一旋转轴，并通过所述旋转轴连接至所述成像棱镜，用于驱动所述成像棱镜发生旋转，使所述成像棱镜的出射光束和入射光束之间发生绕旋转轴的旋转，从而改变所述成像光路采集的图像信息的方向；所述旋转轴垂直于所述成像棱镜的侧面。

在一种具体实施方式中，还包括：棱镜调节部，与所述成像棱镜相连接，用于调整所述成像棱镜的空间位置。

在一种具体实施方式中，所述棱镜调节部包括第一安装结构，所述第一安装结构上设置有第一通孔，用于安装所述成像棱镜，且所述棱镜调节部还包括微调螺杆，安装至所述第一安装结构，一端伸出所述第一通孔的内壁；所述微调螺杆可旋进旋出，从而改变所述微调螺杆伸出所述第一通孔的内壁的量，从而调整所述成像棱镜的空间位置。

在一种具体实施方式中，还包括：旋转电机调节部，与所述旋转电机相连接，用于调节所述旋转电机的空间位置。

在一种具体实施方式中，所述旋转电机调节部包括第二安装结构，所述第二安装结构上设置有第二通孔，用于安装所述旋转电机，且所述旋转电机调节部还包微调螺杆，安装至所述第二安装结构，一端伸出所述第二通孔的内壁；所述微调螺杆可旋进旋出，从而改变所述微调螺杆伸出所述第二通孔的内壁的量，从而调整所述旋转电机的空间位置。

本实用新型的成像旋转装置及成像系统具有可旋转的成像棱镜，放置在成像光路中时，可以在不改变成像光路、样品台及探测器的情况下实现对样品台上放置的样品面的被采集图像的转向，实现对样品面的全方位、多角度的信息采集。

实施例1

请参阅图3，为本实用新型的一个具体实施方式中所述成像系统的结构示意图。

在该具体实施方式中，测量样品为带十字线的分划板所述成像系统包括：100倍物镜一个、透镜一个、图像旋转装置一台，成像设备一台。所述成像设备包括成像光路和探测器。

将样品放置在物镜A的前焦点处，使用卤素灯照明样品。按照图3的顺序，在物镜后依次放置成像棱镜B、透镜C和成像设备D。放置成像设备D使成像设备感光面距透镜C的距离约为透镜C的焦距。使用成像设备进行样品成像，转动成像棱镜B，于成像设备观测样品像的变化。

本实用新型的图像旋转装置可以实现样品面像的旋转。请参阅图4，为本实用新型的一个具体实施方式中所述成像系统的所成图像随成像旋转装置的旋转而发生旋转的示意图。图4展示了样品面像，随旋转角度变化的关系，可通过图中黑色箭头斑点处的位置变化，获知整体样品图像随旋转角度变化关系。其中(a)为所述成像棱镜处于初始0°位置；(b)为所述成像棱镜转动45°后，图像转动90°的情形；(c)为所述成像棱镜转动90°后，图像转动180的情形。

本实用新型的图像旋转装置适用于光斑大小在1英寸以内的几乎所有成像测量系统，并且不会对原有测量系统造成影响。在不受样品大小的限制，无需对样品进行二次调焦，简单地转动该图像旋转装置，即可实现整个样品面360°的测量。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。