电控液晶仿生成像微镜及使用其的光学显微镜的制作方法

本实用新型属于光学显微成像与控制技术领域，更具体地，涉及一种电控液晶仿生成像微镜及使用其的光学显微镜。

背景技术：

仿生学和生物视觉研究显示，人类的眼睛经过长期进化而形成了一种独特的视觉机制，可高效执行光波能量受控收集、区块化光电信号簇生成、生物电子信号神经网络协同输运与脑成图、图像信息加权处理、利用、反馈校调与控光等。基于人眼在协同成像方面的上述特点所开发出来的仿生成像架构，目前已经在光学成像技术领域被广泛采用。

然而，现有的光学显微成像技术具有一些不可忽略的技术问题：第一，由于其无法通过物理手段模仿出人眼在黄斑区通过大规模密排锥形与柱形视觉细胞，并将光信号转化为生物电子学信号并通过视神经网络传输到脑部，从而形成高清晰度图像(包括红、蓝、绿三色锥细胞颜色图像以及夜暗条件下柱细胞的无色灰暗图像)，因此其并不具备兼容强光与弱光感测的成像功能；第二，由于其无法通过物理手段模仿出基于人眼视网膜黄斑区的密排光敏细胞与黄斑区外稀疏分布的光敏细胞，因而其并不具备能够极大降低成像数据量的高低清晰度分区搭配成像功能，也就无法实现将有限的视觉成像和信息处理资源集中投放在特定区域或目标上、从而获得最佳成像效果，并粗略感测潜在影响视觉认知与判断的其他光学蛛丝马迹；第三、其无法通过物理手段模仿出基于眼球转动来改变黄斑区的成像指向、方位或目标这一功能，以及通过眼球的调焦、再对焦等来重新选择成像目标这一功能；第四、其无法模仿出人眼利用基于光敏的成像光能实现瞳孔调节；第五、其无法通过物理手段实现功能化仿生成像模式与常规平面成像模式之间的可电调切换。

技术实现要素：

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型提供了一种电控液晶仿生成像微镜及使用其的光学显微镜，其目的在于，解决现有光学显微成像技术中存在的上述技术问题，且本实用新型的光学显微镜具有可通过控光的小视场高清晰度凝视成像与周边低清晰度光场感知成像相结合实现协同成像的特点。

为实现上述目的，按照本实用新型的一个方面，提供了一种电控液晶仿生成像微镜，包括从上至下依次平行设置的第一图案电极、第一基片、第二图案电极、第一液晶定向层、液晶层、第二液晶定向层、公共电极、以及第二基片，第一图案电极、第二图案电极和公共电极均为矩形或圆形，且彼此同心设置，第一图案电极包括多个均匀且对称设置在其边缘处的第一微孔，第二图案电极包括多个均匀且对称设置在其边缘处的第二微孔，第二微孔距离第二图案电极中心的距离小于第一微孔距离第一图案电极中心的距离，且第二微孔数量少于第一微孔数量，第一图案电极中靠近一端的第一微孔通过电连接线从第一图案电极引出，并与从公共电极引出的电连接线一起，分别连接到第一外部控制信号u1的两端。第二图案电极中靠近一端的第二微孔通过电连接线从第二图案电极引出，并与从公共电极引出的电连接线一起，分别连接到第二外部控制信号u2的两端。

优选地，所述电控液晶仿生成像微镜进一步包括设置在第一图案电极顶部的第一增透膜、以及设置在第二基片底部的第二增透膜。

优选地，第一增透膜和第二增透膜均是由常规光学增透膜制成，二者厚度相同，均为100纳米到700纳米。

优选地，第一基片和第二基片的形状与第一图案电极、第二图案电极和公共电极的外轮廓形状相同，大小相同，第一基片和第二基片均是由透光材料制成，其厚度均为1毫米到5毫米，液晶层的厚度为1微米到100微米，第一液晶定向层和第二液晶定向层完全相同，均由有机高分子材料制成，且厚度在100纳米到700纳米之间。

优选地，第一微孔是矩形或圆形，且第一微孔的孔径在10微米至100微米之间，第二微孔是矩形或圆形，第二微孔的孔径在10微米至100微米之间。

按照本实用新型的另一方面，提供了一种光学显微镜，包括沿着光路从左到右设置的第一物镜、第二物镜、如上所述的电控液晶仿生成像微镜、以及光敏阵列，其中待测物放置在第一物镜远离第二物镜的一侧。

按照本实用新型的另一方面，提供了一种光学显微镜，包括沿着光路从左到右设置的、如上所述的电控液晶仿生成像微镜、第一物镜、第二物镜、以及光敏阵列，其中待测物放置在电控液晶仿生成像微镜远离第一物镜的一侧。

总体而言，通过本实用新型所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

1、本实用新型通过物理分割构建高清晰度凝视显微成像中心区与周边低清晰度光场显微感测区，具有将最强显微成像能力指向或凝聚在有限区域或感兴趣目标处，以及兼顾潜在影响视觉认知与判断的其他光学蛛丝马迹的优点；

2、本实用新型通过电控液晶仿生微镜的成像光能调节功能实现亮场及暗场条件下的高效显微成像，因此具有光场和目标适应性好的优点；

3、本实用新型具有通过电控液晶仿生微镜调变高清晰度成像面及重新选择成像目标的特点；

4、本实用新型具有可在功能化仿生成像与常规平面成像之间电调切换的特点；

5、由于本实用新型的电控液晶仿生微镜可在先验知识或成像特征的约束、干预或引导下进行，因此具有智能化特征；

6、由于本实用新型采用可精密电驱控的电控液晶仿生微镜，具有极高的结构、电学以及电光参数的稳定性，具有控制精度高的特点；

7、由于本实用新型的电控液晶仿生成像微镜的光学显微镜可便携使用或整合进其他光路中，易与常规光学光电机械结构等匹配耦合。

附图说明

图1是根据本实用新型一种实施方式、由电控液晶仿生成像微镜构成的光学显微镜的配置示意图；

图2是根据本实用新型另一种实施方式、由电控液晶仿生成像微镜构成的光学显微镜的配置示意图；

图3是本实用新型电控液晶仿生成像微镜的结构示意图；

图4(a)和(b)分别是本实用新型电控液晶仿生成像微镜中矩形第一图案电极和圆形第一图案电极的示意图；

图5(a)和(b)分别是本实用新型电控液晶仿生成像微镜中矩形第二图案电极和圆形第二图案电极的示意图；

图6(a)和(b)分别是本实用新型电控液晶仿生成像微镜中矩形公共电极和圆形公共电极的示意图；

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：

1-第一增透膜，2-第一图案电极，3-第一基片，4-第二图案电极，5-第一液晶定向层，6-液晶层，7-第二液晶定向层，8-公共电极，9-第二基片，10-第二增透膜。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图3所示，本实用新型的电控液晶仿生成像微镜包括从上至下依次平行设置的第一增透膜1、第一图案电极2、第一基片3、第二图案电极4、第一液晶定向层5、液晶层6、第二液晶定向层7、公共电极8、第二基片9、以及第二增透膜10。

第一增透膜1和第二增透膜10均是由常规光学增透膜制成，二者厚度相同，均为100纳米到700纳米。

第一基片3和第二基片9的形状与第一图案电极2、第二图案电极4和公共电极8的外轮廓形状相同，大小相同，第一基片3和第二基片9均是由透光材料(诸如石英、玻璃等)制成，其厚度均为1毫米到5毫米。

液晶层6的厚度为1微米到100微米。

第一液晶定向层5和第二液晶定向层7完全相同，均由诸如聚酰亚胺(polymide，简称pi)的有机高分子材料制成，且厚度在100纳米到700纳米之间。

第一图案电极2、第二图案电极4和公共电极8均为矩形或圆形，且彼此同心设置。

图4(a)示出本实用新型第一图案电极的一种结构，其具有多个均匀且对称设置在矩形第一图案电极边缘处的第一微孔，第一微孔可以是矩形，也可以是圆形(图中未示出)。第一微孔孔径在10微米至100微米之间。

应该注意的是，在图4(a)中，出于示意的方便起见，仅仅示出了16元第一微孔，但是其并不构成对本实用新型的第一图案电极中第一微孔数量的限定。

图4(b)示出本实用新型第一图案电极的另一种结构，其具有多个均匀且对称设置在圆形第一图案电极边缘处的第一微孔，第一微孔可以是圆形，也可以是矩形(图中未示出)。第一微孔孔径在10微米至100微米之间。

应该注意的是，在图4(b)中，出于示意的方便起见，仅仅示出了12元第一微孔，但是其并不构成对本实用新型的第一图案电极中第一微孔数量的限定。

图5(a)示出本实用新型第二图案电极的一种结构，其包括多个均匀且对称设置在第二图案电极边缘处的第二微孔，第二图案电极中的第二微孔距离第二图案电极中心的距离小于第一图案电极中的第一微孔距离第一图案电极中心的距离，且第二图案电极中的第二微孔数量少于第一图案电极中的第一微孔数量。第二微孔形状可以是矩形，也可以是圆形(图中未示出)。第二微孔的孔径在10微米至100微米之间。

应该注意的是，在图5(a)中，出于示意的方便起见，仅仅示出了4元矩形第二微孔，但是其并不构成对本实用新型的第二图案电极中第二微孔数量的限定。

图5(b)示出本实用新型第二图案电极的另一种结构，其包括多个均匀且对称设置在圆形第二图案电极边缘处的第二微孔，第二图案电极中的第二微孔距离第二图案电极中心的距离小于第一图案电极中的第一微孔距离第一图案电极中心的距离，且第二图案电极中第二微孔的数量少于第一图案电极中第一微孔的数量。第二微孔的形状可以是圆形，也可以是矩形(图中未示出)。第二微孔的孔径在10微米至100微米之间。

应该注意的是，在图5(b)中，出于示意的方便起见，仅仅示出了4元圆环形第二微孔，但是其并不构成对本实用新型第二图案电极中第二微孔数量的限定。

图6(a)中示出矩形公共电极，图6(b)中示出圆形公共电极。

如图3所示，第一图案电极2中靠近一端的第一微孔通过电连接线从第一图案电极2引出，并与从公共电极8引出的电连接线一起，分别连接到第一外部控制信号u1的两端。第二图案电极4中靠近一端的第二微孔通过电连接线从第二图案电极4引出，并与从公共电极8引出的电连接线一起，分别连接到第二外部控制信号u2的两端。

图1示出了根据本实用新型第一种实施方式的光学显微镜，其包括沿着光路从左到右设置的第一物镜、第二物镜、如上所述的电控液晶仿生成像微镜、以及光敏阵列，其中待测物放置在第一物镜远离第二物镜的一侧。

如图1所示，本实用新型电控液晶仿生成像微镜是设置在第二物镜和光敏阵列之间，通过物理分割形成高清晰度凝视显微成像中心区与周边低清晰度光场显微感测区，将最强显微成像能力指向或凝聚在有限区域或感兴趣目标处，同时兼顾潜在影响视觉认知与判断的其他光学蛛丝马迹；通过电控液晶仿生微镜的成像光能调节功能，实现亮场及暗场条件下的高效显微成像；通过电控液晶仿生微镜调变高清晰度成像面及重新选择成像目标，以及电调切换功能化仿生成像与常规平面成像模态。

图2示出了根据本实用新型第二种实施方式的光学显微镜，其包括沿着光路从左到右设置的、如上所述的电控液晶仿生成像微镜、第一物镜、第二物镜、以及光敏阵列，其中待测物放置在电控液晶仿生成像微镜远离第一物镜的一侧。

如图2所示，本实用新型电控液晶仿生成像微镜是设置在待测物和第一物镜之间，通过物理分割形成高清晰度凝视显微成像中心区与周边低清晰度光场显微感测区，将最强显微成像能力指向或凝聚在有限区域或感兴趣目标处，同时兼顾潜在影响视觉认知与判断的其他光学蛛丝马迹；通过电控液晶仿生微镜的成像光能调节功能，实现亮场及暗场条件下的高效显微成像；通过电控液晶仿生微镜调变高清晰度成像面及重新选择成像目标，以及电调切换功能化仿生成像与常规平面成像。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。