水下显微观测仪

本公开的至少一种实施例涉及水下光学成像，更具体地，涉及一种水下显微观测仪。

背景技术：

1、海洋浮游生物观测是海洋科学研究的重要组成部分，对于了解海洋生态系统的结构和功能、预测和应对环境变化具有重要意义。海洋浮游生物是海洋生态系统中的重要组成部分，包括浮游植物、浮游动物、细菌等，其对海洋生态影响的大量科学研究和应急监测、评估领域都依赖于对浮游生物原位信息快速获取；其类群组成、丰度、粒径谱等信息变化能够反应生态系统结构与功能、海洋生物资源产出及生态系统健康变化。

2、传统的海洋浮游生物观测方法通常是通过采集水样，然后在实验室中对水样进行显微镜观察和计数。但这种方法存在很多局限性，例如采样频率低、范围有限、易受人为误差干扰等。随着技术的发展，现代海洋浮游生物观测技术也在不断进步。目前，常用的技术包括遥感技术、自动观测系统、水下机器人等。这些技术可以实现对海洋浮游生物的高频、大面积、连续观测，大大提高了观测效率和准确性。

3、水下显微观测仪是研究浮游生物的重要仪器设备，由于暗场成像可以获取到对比度更高的图像，因此具备暗场照明功能的显微观测仪是目前的研究重点。相关技术中，使用较多的是led暗场照明，主要由于led照明设备的成本较低，且技术手段成熟。但led暗场照明时的光束发散角很难压缩，光层厚度较厚。导致在工作时，特别是在浑水条件下，光在水中产生散射而形成光污染，严重影响成像的清晰度。已知的ld激光照明技术中，使用多个半导体激光器由四周向中间照射，光源及设备体积较大，且产生的光场均匀性不佳。因此，如何提高显微观测仪在水下照明状态下的成像清晰度，以及对不同水域的适应性，成为亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、鉴于上述问题，本公开提供了一种水下显微观测仪，能够产生厚度较小且强度均匀的水下光层，提高成像效果，且在不同水域条件下能够灵活调节。

2、为了实现上述目的，作为本公开提供一种水下显微观测仪，包括：成像仓，上述成像仓内部设有成像单元，适用于对水下的观测目标成像；以及光源仓，与上述成像仓通过调焦座同轴相连，上述观测目标位于上述光源仓和上述成像仓之间，并包括：第一壳体；光学组件，安装在上述第一壳体内，并包括：激光器，适用于输出脉冲激光束；以及调光组件，包括沿上述脉冲激光束的光轴方向顺次布置的反光杯、锥形的反射镜和透镜；上述反射镜被构造成利用锥形的反射面对上述脉冲激光束进行反射，以形成第一反射光束；上述第一反射光束经过上述反光杯的内表面的反射后形成锥形筒式的第二反射光束，上述第二反射光束穿过上述透镜会聚于上述光轴以形成照明光层；以及驱动机构，安装在上述第一壳体内，并包括：第一驱动组件，被构造成驱动上述反射镜沿上述光轴移动，以将上述照明光层的位置调整至上述观测目标附近；以及第二驱动组件，被构造成驱动上述透镜沿上述光轴移动，以改变上述第二反射光束会聚的入射角，使得上述照明光层的厚度小于或等于上述成像单元的景深，以提高上述成像仓对上述观测目标水下成像的清晰度。

3、在一种示意性的实施例中，上述光学组件还包括：扩束镜，沿上述光轴方向布置于上述激光器和上述调光组件之间，适用于改变上述脉冲激光束的直径，以调节上述照明光层的厚度。

4、在一种示意性的实施例中，上述驱动机构还包括第三驱动组件；

5、上述扩束镜包括输入透镜和输出透镜，上述第三驱动组件被构造成改变上述输入透镜和上述输出透镜之间的距离，以调节上述扩束镜的扩束倍率。

6、在一种示意性的实施例中，上述驱动机构还包括第四驱动组件，适用于驱动上述调光组件沿上述光轴方向移动，以调节上述照明光层的位置。

7、在一种示意性的实施例中，上述反光杯的内表面为二次曲面，上述反光杯的内表面为二次曲面，以使上述第一驱动组件在驱动上述反射镜移动的过程中，调节上述第二反射光束会聚的入射角。

8、在一种示意性的实施例中，上述激光器为三基色合束的白光脉冲准直激光器，且被配置为三基色光的功率可调以改变输出光束的颜色。

9、在一种示意性的实施例中，上述调焦座包括：多个连接螺杆，上述连接螺杆的一端与上述第一壳体相连；以及调焦环，可转动地安装在上述成像仓的面对上述光源仓的端部，上述连接螺杆的另一端与上述调焦环螺纹连接；优选地，适用于电连接上述光源仓和成像仓的线缆穿过上述连接螺杆中的至少一个。

10、在一种示意性的实施例中，还包括充液仓，安装于上述成像仓的靠近上述光源仓的一端，上述充液仓内部液体的散射率低于外部介质的散射率。

11、在一种示意性的实施例中，上述成像单元包括远心镜头和成像相机，上述远心镜头适用于接收透过上述观测目标的光束并进行聚集，以供上述成像相机进行成像。

12、在一种示意性的实施例中，上述成像仓还包括控制存储单元，被配置为控制上述光源仓和上述成像仓同步工作，以及存储生成的观测目标的图像。

13、本公开所提供的水下显微观测仪，由激光器发射脉冲激光束，到达反射镜后，被反射为360度周向射出的第一反射光束，该第一反射光束由反光杯反射后形成锥形筒式的第二反射光束，最终通过透镜会聚于光轴的延长线上，形成照明光层，如此形成的360度周向照明光层厚度较小，使得成像单元对观测目标的水下成像更清晰，且光强度均匀，有效降低了光在水中传播时散射现象造成的影响。通过第一驱动组件驱动反射镜移动，调节照明光层位于观测目标附近。通过第二驱动组件驱动透镜移动，调节第二反射光束会聚时的入射角，以改变照明光层的厚度，进而与成像单元的景深相配合，使成像更为清晰。

技术特征：

1.一种水下显微观测仪，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的水下显微观测仪，其特征在于，所述光学组件还包括：

3.根据权利要求2所述的水下显微观测仪，其特征在于，所述驱动机构还包括第三驱动组件(300)；

4.根据权利要求1所述的水下显微观测仪，其特征在于，所述驱动机构还包括第四驱动组件(400)，适用于驱动所述调光组件沿所述光轴方向移动，以调节所述照明光层的位置。

5.根据权利要求1-4任一项所述的水下显微观测仪，其特征在于，所述反光杯(11)的内表面为二次曲面，以使所述第一驱动组件(100)在驱动所述反射镜(12)移动的过程中，调节所述第二反射光束会聚的入射角。

6.根据权利要求1-4任一项所述的水下显微观测仪，其特征在于，所述激光器(10)为三基色合束的白光脉冲准直激光器，且被配置为三基色光的功率可调以改变输出光束的颜色。

7.根据权利要求1-4任一项所述的水下显微观测仪，其特征在于，所述调焦座(5)包括：

8.根据权利要求1-4任一项所述的水下显微观测仪，其特征在于，还包括充液仓(4)，安装于所述成像仓(2)的靠近所述光源仓(1)的一端，所述充液仓(4)内部液体的散射率低于外部介质的散射率。

9.根据权利要求1-4任一项所述的水下显微观测仪，其特征在于，所述成像单元包括远心镜头(21)和成像相机(22)，所述远心镜头(21)适用于接收透过所述观测目标的光束并进行聚集，以供所述成像相机(22)进行成像。

10.根据权利要求1-4任一项所述的水下显微观测仪，其特征在于，所述成像仓(2)还包括控制存储单元(23)，被配置为控制所述光源仓(1)和所述成像仓(2)同步工作，以及存储生成的观测目标的图像。

技术总结
本公开涉及水下光学成像技术领域，具体提供了一种水下显微观测仪，包括光源仓和成像仓，且通过调焦座相连，成像仓内部设有成像单元，用于对光源仓和成像仓之间的水下观测目标成像。光源仓包括第一壳体、光学组件和驱动机构，光学组件包括激光器和调光组件。激光器用于输出脉冲激光束；调光组件包括沿脉冲激光束的光轴方向顺次布置的反光杯、锥形的反射镜和透镜。反射镜的锥形反射面对脉冲激光束进行反射，形成第一反射光束；第一反射光束经过反光杯的内表面的反射后形成锥形筒式的第二反射光束，并穿过透镜会聚于光轴形成照明光层。驱动机构适用于调整照明光层的位置和厚度，以提高成像仓对观测目标水下成像的清晰度。

技术研发人员：雷平顺,王新伟,孙乾泰,陈嘉男,孙亮,周燕
受保护的技术使用者：中国科学院半导体研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/3/27