CN108828759A - 一种放大倍率持续可调的显微成像装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及显微成像领域，提供一种放大倍率持续可调的显微成像装置。该装置包括依次设置的同轴光源、样品区、前置模块、中继模块、后置模块和成像区；其中中继模块和后置模块可以通过调节活动镜片的相对位置，调节整体装置放大倍数。该实验装置具有开放性样品空间，可以通过持续调节整体放大倍率，进而有效控制视野范围，获取不同分辨率的实验数据。

Description

一种放大倍率持续可调的显微成像装置
技术领域
本发明涉及一种显微成像装置，具体涉及一种放大倍率持续可调的显微成像装置，属于显微成像领域。
背景技术
目前显微成像已经成为样品观察的主要手段，其优势在于可以观测微米尺度的样品，并引入光源进行光学测试。传统光学显微镜需要通过更换物镜来达到放大倍率的间断性调节，观测空间小，适用于近距离观测体积较小的样品，无法观测体积较大的物体。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种放大倍率持续可调的显微成像装置，具有结构灵活、观测区空间大、放大倍率范围连续可调、视野范围可调、操作过程简单、快捷等优点。
所述的放大倍率持续可调的显微成像装置包括：同轴光源、成像区以及依次设置在同轴光源与成像区之间的样品区、前置模块、中继模块和后置模块；
所述同轴光源用于提供均匀的光照；
待成像样品设置在所述同轴光源的前方的样品区；
所述前置模块包括：从物侧到像侧依次同轴设置的第一透镜组和第二透镜；所述第一透镜组包括一个以上透镜，其整体等效为凸面朝向物侧、凹面朝向像侧的凸凹透镜；所述第二透镜为凹面朝向物侧、凸面朝向像侧的凹凸透镜；所述第一透镜组位置固定，第二透镜能够沿其轴向平移；
所述中继模块包括：从物侧到像侧依次同轴设置的第三透镜和第四透镜；其中第三透镜为双凹透镜；第四透镜为凸面朝向像侧的平凸透镜；所述第三透镜位置固定，第四透镜能够沿其轴向平移；
所述后置模块包括：从物侧到像侧依次同轴设置的第五透镜组和第六透镜；所述第五透镜组包括一个以上透镜，其整体等效为凸面朝向物侧的平凸透镜，所述第六透镜为凹面朝向物侧、凸面朝向像侧的凹凸透镜；所述第五透镜组位置固定，第六透镜能够沿其轴向平移；
所述成像区通过相机对待测样品进行拍照。
有益效果
(1)本发明提出的显微成像装置能够根据实验样品的大小调节放大倍率(通过移动第二透镜组和第四透镜实现)，调控观测区域；且通过镜片的位置调节实现成像装置连续性放大倍率调节，调节实验视野范围，操作简单、快捷、灵活。
(2)本发明提出的装置具有开放性的观测空间，可以实现较大样品，例如容弹内燃烧形貌，喷油器喷嘴内流态、纳米线等的显微观测。
附图说明
图1为本发明的放大倍率持续可调的显微成像装置示意图；
图2中A为低放大倍率下待观测的透明喷嘴内部流动示意图，B为高放大倍率下待观测的透明喷嘴内部流动示意图。
其中：1-光源、2-喷油器、3-喷嘴、4-前置模块、41-第一透镜组、42-第二透镜、43--滑轨A、5-中继模块、51-第三透镜、52-第四透镜、53-滑轨B、6-后置模块、61-第五透镜组、62-第六透镜、63-滑轨C、7-相机
具体实施方式
下面结合附图对本发明的优选实施方式做详细说明，此处列出的实施方式只是其中一种，并不能代表全部实施方式。
本实施例提供一种放大倍率持续可调的显微成像装置，如图1所示，该显微成像装置包括：同轴光源1、成像区以及依次设置在同轴光源1与成像区之间的样品区、前置模块4、中继模块5和后置模块6。
其中同轴光源1作为背光光源，为装置提供均匀的光照。
同轴光源1的前方设置样品区，用于提供实验对象，本实施例中在样品区设置喷油器2，喷油器尖端喷嘴3为有机玻璃材质，待成像样品为喷油器尖端喷嘴3起始0-2cm内的油束和透明喷嘴内的流体，能够获得喷嘴3起始0-2cm内油束的发展情况、透明喷嘴内流态变化以及油束的燃烧。
前置模块4用于汇聚同轴光源1所发出的光束，前置模块4可以通过不同透镜组合达到不同焦距和数值孔径，前置模块4包括：前置镜片模组及滑轨A43，前置镜片模组4中，从物侧(样品区所在侧)到像侧(成像区所在侧)，依次为同轴设置的第一透镜组41和第二透镜42。其中第一透镜组41包括一个以上透镜，其整体等效为凸面朝向物侧、凹面朝向像侧的凸凹透镜(如可以为单个凸面朝向物侧、凹面朝向像侧的凸凹透镜或由一个凸面朝向物侧、凹面朝向像侧的凹凸透镜和一个具有两个不同曲率的凸面的双凸透镜组成的透镜组)；第二透镜42为凹面朝向物侧，凸面朝向像侧的凹凸透镜。其中第一透镜组41位置固定，第二透镜42与滑轨A43相连，可以沿滑轨A44滑移，改变与第一透镜41的相对位置，本实施例中前置模块4的焦距范围为30mm～50mm。
中继模块5包括：中继镜片模组及滑轨B53；中继镜片模组从物侧到像侧，依次为同轴设置的第三透镜51和第四透镜52。其中第三透镜51为双凹透镜；第四透镜52是凸面朝向像侧的平凸透镜；第三透镜51位置固定；第四透镜52与滑轨B53相连，可以沿滑轨B53滑移，改变与第三透镜51的相对位置。
后置模块6包括后置透镜模组及滑轨C63；其中后置镜片模块从物侧到像侧，依次为同轴设置的第五透镜组61和第六透镜62。其中第五透镜组61包括一个以上透镜，其整体等效为凸面朝向物侧的平凸透镜(如可以为单个凸面朝向物侧的平凸透镜或由一个凸面朝向物侧的平凸透镜和一个具有两个不同曲率的凸面的双凸透镜组成的透镜组)；第六透镜62为凹面朝向物侧、凸面朝向像侧的凹凸透镜。第五透镜组61位置固定；第六透镜62与滑轨C63相连，可以沿滑轨C63滑移，改变与第五透镜组61的相对位置。
成像区设置有高速相机7、三维位移台及用于控制三维位移台的控制单元；高速相机7设置在三维位移台上，用于控制高速相机7在X,Y,Z方向的位移(其中以各透镜的轴向为X向，竖直方向为Z向，与XZ平面垂直的方向为Y向)。
该显微成像装置的工作原理为：同轴光源1照射到透明喷嘴3上，喷嘴3采用透光率高达92％的有机玻璃，光损可忽略不计。由于光的折射和散射，喷嘴3内的气泡遮挡住光线，在高速相机7成像上显现为暗，液态油部分在相机上呈现为亮。
光源1发出的光束经过样品后由第一透镜组41汇聚，汇聚光束经过第一透镜组41焦点后变为发散光束，再由第二透镜42后进行汇聚，光束发散角减小，但是依然为发散光束，然后出射到中继模块5。前置模块4可以通过不同透镜组合达到不同焦距和数值孔径，本实施例中透镜组4达成焦距30-50mm。
前置模块4出射的发散光经由中继模块5中的第三透镜51进行发散，发散光束的中心部分光束经由第四透镜52进行汇聚后，出射到后置模块6中。
中继模块5出射的光束经由后置模块6中的第五透镜组61汇聚，汇聚光束再经第六透镜62将其进行轻微的发散，延长焦平面位置。后置模块6中第五透镜组61与第六透镜62等效焦距为180mm，数值孔径f 3.5。
当前置模块4中第二透镜42后移时，中心光束进入第三透镜51，边缘部分不能入射到第三透镜，放大倍率增大，反之，前移时放大倍率减小；第三透镜51出射光束入射到第四透镜52，当第四透镜52前移时，入射到第五透镜组61的中心光束增加，放大倍率减小；反之，后移时放大倍率增大；焦平面位置随着放大倍率改变时，通过移动第六透镜62，可以改变焦平面位置，将焦平面移动至相机芯片所在位置。
上述装置中，所有可移动镜片，均具有唯一的自由度(轴向移动)。
上述装置中，选用高速相机7成像，获取样品的高时间分辨率数据。高速采集和短曝光时间造成相机采集到的光子数量减少，使图像偏暗。所述前置模块、中继模块、后置模块均选取高透过率镜片，减少光损，增加光通量。该显微成像装置，可以获取具有更多细节的实验数据和图像，应用于观测样品形貌、燃油发展、空化形成等方面。该成像装置的放大倍率可调，调节范围为5-20倍。
虽然结合了附图描述了本发明的实施方式，但是对于本领域技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些也应视为属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种放大倍率持续可调的显微成像装置，其特征在于，包括：同轴光源(1)、成像区以及依次设置在同轴光源(1)与成像区之间的样品区、前置模块(4)、中继模块(5)和后置模块(6)；
所述同轴光源(1)用于提供均匀的光照；
待成像样品设置在所述同轴光源(1)的前方的样品区；
所述前置模块(4)包括：从物侧到像侧依次同轴设置的第一透镜组(41)和第二透镜(42)；所述第一透镜组(41)包括一个以上透镜，其整体等效为凸面朝向物侧、凹面朝向像侧的凸凹透镜；所述第二透镜(42)为凹面朝向物侧、凸面朝向像侧的凹凸透镜；所述第一透镜组(41)位置固定，第二透镜(42)能够沿其轴向平移；
所述中继模块(5)包括：从物侧到像侧依次同轴设置的第三透镜(51)和第四透镜(52)；其中第三透镜(51)为双凹透镜；第四透镜(52)为凸面朝向像侧的平凸透镜；所述第三透镜(51)位置固定，第四透镜(52)能够沿其轴向平移；
所述后置模块(6)包括：从物侧到像侧依次同轴设置的第五透镜组(61)和第六透镜(62)；所述第五透镜组(61)包括一个以上透镜，其整体等效为凸面朝向物侧的平凸透镜，所述第六透镜(62)为凹面朝向物侧、凸面朝向像侧的凹凸透镜；所述第五透镜组(61)位置固定，第六透镜(62)能够沿其轴向平移；
所述成像区通过相机(7)对待测样品进行拍照。
2.如权利要求1所述的放大倍率持续可调的显微成像装置，其特征在于，所述第二透镜组(42)设置在所述滑轨A(43)上，通过沿所述滑轨A(43)移动实现轴向平移；所述第四透镜(52)设置在所述滑轨B(53)上，通过沿所述滑轨B(53)移动实现轴向平移；所述第六透镜(62)设置在所述滑轨C(63)上，通过沿所述滑轨C(63)移动实现轴向平移。
3.如权利要求1或2所述的放大倍率持续可调的显微成像装置，其特征在于，所述成像区还设置有用于带动相机(7)进行三维移动的三维位移台。
4.如权利要求1或2所述的放大倍率持续可调的显微成像装置，其特征在于，所述第一透镜组(41)为单个凸面朝向物侧、凹面朝向像侧的凸凹透镜。
5.如权利要求1或2所述的放大倍率持续可调的显微成像装置，其特征在于，所述第一透镜组(41)包括两个透镜，从物侧到像侧依次为：凸面朝向物侧、凹面朝向像侧的凹凸透镜和具有两个不同曲率的凸面的双凸透镜。
6.如权利要求1或2所述的放大倍率持续可调的显微成像装置，其特征在于，所述第五透镜组(61)为单个凸面朝向物侧的平凸透镜。
7.如权利要求1或2所述的放大倍率持续可调的显微成像装置，其特征在于，所述第五透镜组(61)包括两个透镜，从物侧到像侧依次为：凸面朝向物侧的平凸透镜和具有两个不同曲率的凸面的双凸透镜。
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