一种基于多色光场显微的非球面激光照明匀光装置的制作方法

本发明涉及多色光场显微成像，特别涉及一种基于多色光场显微的非球面激光照明匀光装置。

背景技术：

1、在多色光场显微成像技术中，将荧光显微成像技术与光场成像相结合，激发样本荧光成像的同时，通过光场成像技术获得三维成像。在这一技术中，led与激光都是常用的照明光源，其中激光相比led具有能量密度高，拉赫不变量小等特点，在部分应用场合相较led光源具有更大的优势。

2、但同时，激光器的强度分布通常为高斯分布，并且具有较好的相干性。在多色光场显微成像中，激光的高斯分布会带来照明的不均匀性，而相干性会带来散斑干扰，导致成像质量的下降。而现有的匀光方案往往采用以下几种方式：

3、通过光阑截断激光光束，取用高斯分布光束的中间均匀部分；通过非均匀衰减的消光滤波器，使得衰减后的光束强度分布一致。此方法会造成较大的能量损失。

4、通过微透镜、微反射镜、棱镜或衍射元件，与一个积分光学元件，将光束进行子孔径分割再收集到特定平面，该平面每个位置的光强都由全部子光束积分得到，实现均匀的强度分布。此方法使用的光学元件成本较高，仅能在特定平面实现匀光；且对于高相干性的单模激光，子孔径分割再积分的技术会导致相干干涉，加剧散斑干扰。

5、通过衍射元件、梯度折射率透镜、非球面透镜或离轴非球面反射镜，实现将特定强度分布转换为均匀强度分布的场映射系统。此方法使用的衍射元件会带来额外的衍射能量损失，离轴非球面反射镜的成本高装配困难，而折射式透镜由于色差仅适用于特定波长，消色差的折射式匀光需要针对不同波长改变结构参数或引入复杂的消色差模块。

6、因此，如何提供一种能在多色光场显微成像中，利用激光光源实现均匀照明的同时，不损失激光本身的优点的简易激光照明匀光装置是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明针对上述研究现状和存在的问题，提供了一种基于多色光场显微的非球面激光照明匀光装置，装置结构简单，去除激光相干性带来的散斑干扰的同时，极大减少了匀光过程中的能量损失。

2、本发明提供的一种基于多色光场显微的非球面激光照明匀光装置，包括激光器，用于发射激光光束，以及沿所述激光光束传播方向依次设置的旋转扩散片单元、准直单元、非球面匀光单元、反射透过单元；

3、所述激光光束在所述发射透过单元发生反射，形成第一光路；所述激光光束沿所述第一光路经过显微物镜到达样本，在所述样本激发产生荧光，所述荧光沿与所述第一光路方向相反的第二光路传播，经显微物镜到达反射透过单元，经反射透过单元发生透射，透射的激光光束经荧光成像单元进入图像获取单元接收，用于得到图像信息。

4、优选的，所述激光器包括多通道单模连续激光器，不同波段通道激光的强度分布为高斯分布。

5、优选的，所述旋转扩散片单元包括：扩散元件、传动装置、电机和转速控制模组；所述电机通过所述传动装置与所述扩散元件传动连接，用于控制所述扩散元件旋转，输出传播方向不固定的激光光束。

6、优选的，所述准直单元包括：第一双胶合透镜，第二双胶合透镜；被旋转扩散片单元发散后的激光光束依次通过所述第一双胶合透镜，第二双胶合透镜后，输出圆形光斑。

7、优选的，所述非球面匀光单元包括透镜i、透镜ii和透镜iii；其中，

8、所述透镜i为前表面为平面，后表面为凹面的负透镜，其中凹面为偶次非球面；

9、所述透镜ii为前表面与后表面均为球面的负透镜；

10、所述透镜iii为前表面为凸面，后表面为平面的正透镜，其中凸面为偶次非球面；

11、所述透镜ii与所述透镜iii采用不同阿贝数的材料；所述前表面为激光光束入射面，所述后表面为激光光束出射面。

12、优选的，所述反射透过单元包括二向色镜，所述二向色镜相对匀光单元倾斜设置，所述二向色镜用于将所述非球面匀光单元的出射激光光束反射至显微物镜，将所述显微物镜出射的荧光透射至所述荧光成像单元。

13、优选的，所述荧光成像单元包括tube透镜。

14、优选的，所述图像获取单元包括相机。

15、优选的，所述图像获取单元包括4f扫描系统、微透镜阵列和相机；所述荧光成像单元出射的激光光束依次经过所述4f扫描系统、所述微透镜阵列入射至所述相机。

16、优选的，所述非球面匀光单元出射的激光光束经线光扫描单元入射至所述反射透过单元；所述线光扫描单元包括：线光转换单元和一维扫描系统；其中

17、所述线光转换单元为一片柱透镜，将所述非球面匀光单元出射的激光光束转换为均匀的一维线光；所述一维扫描系统包括沿激光光束传播方向依次设置的两片双胶合透镜和一维振镜，其中两片双胶合透镜用于将入射激光光束线光长度放大得到长线光，一维振镜对所述长线光进行面扫描。

18、相较现有技术具有以下有益效果：

19、本发明通过让激光光束穿过旋转扩散片单元，去除了激光相干性带来的散斑干扰；激光光束依次通过旋转扩散片单元、准直单元、非球面匀光单元，强度分布由高斯分布转变为均匀分布，透射式非球面镜片场映射匀光极大地减少了匀光过程中的能量损失，针对高斯分布光束具有良好的匀光效果；本发明还基于非球面匀光单元，实现了结构的简化的同时，完成了可见波段内的多色匀光，成本较低，装配简单。

技术特征：

1.一种基于多色光场显微的非球面激光照明匀光装置，其特征在于，包括激光器，用于发射激光光束，以及沿所述激光光束传播方向依次设置的旋转扩散片单元、准直单元、非球面匀光单元、反射透过单元；

2.根据权利要求1所述的一种基于多色光场显微的非球面激光照明匀光装置，其特征在于，所述激光器包括多通道单模连续激光器，不同波段通道激光的强度分布为高斯分布。

3.根据权利要求1所述的一种基于多色光场显微的非球面激光照明匀光装置，其特征在于，所述旋转扩散片单元包括：扩散元件、传动装置、电机和转速控制模组；所述电机通过所述传动装置与所述扩散元件传动连接，用于控制所述扩散元件旋转，输出传播方向不固定的激光光束。

4.根据权利要求1所述的一种基于多色光场显微的非球面激光照明匀光装置，其特征在于，所述准直单元包括：第一双胶合透镜，第二双胶合透镜；被旋转扩散片单元发散后的激光光束依次通过第一双胶合透镜，第二双胶合透镜后，输出圆形光斑。

5.根据权利要求1所述的一种基于多色光场显微的非球面激光照明匀光装置，其特征在于，所述非球面匀光单元包括透镜i、透镜ii和透镜iii；其中，

6.根据权利要求1所述的一种基于多色光场显微的非球面激光照明匀光装置，其特征在于，所述反射透过单元包括二向色镜，所述二向色镜相对匀光单元倾斜设置，所述二向色镜用于将所述非球面匀光单元的出射激光光束反射至显微物镜，将所述显微物镜出射的荧光透射至所述荧光成像单元。

7.根据权利要求1所述的一种基于多色光场显微的非球面激光照明匀光装置，其特征在于，所述荧光成像单元包括tube透镜。

8.根据权利要求1所述的一种基于多色光场显微的非球面激光照明匀光装置，其特征在于，所述图像获取单元包括相机。

9.根据权利要求1所述的一种基于多色光场显微的非球面激光照明匀光装置，其特征在于，所述图像获取单元包括4f扫描系统、微透镜阵列和相机；所述荧光成像单元出射的激光光束依次经过所述4f扫描系统、所述微透镜阵列入射至所述相机。

10.根据权利要求9所述的一种基于多色光场显微的非球面激光照明匀光装置，其特征在于，所述非球面匀光单元出射的激光光束经线光扫描单元入射至所述反射透过单元；所述线光扫描单元包括：线光转换单元和一维扫描系统；其中

技术总结
本发明公开了一种基于多色光场显微的非球面激光照明匀光装置，包括激光器，用于发射激光光束，以及沿激光光束传播方向依次设置的旋转扩散片单元、准直单元、非球面匀光单元、反射透过单元；激光光束在发射透过单元发生反射，形成第一光路；激光光束沿第一光路经过显微物镜到达样本，在样本激发产生荧光，荧光沿与第一光路方向相反的第二光路传播，经显微物镜到达反射透过单元，经反射透过单元发生透射，透射的激光光束经荧光成像单元进入图像获取单元接收，用于得到图像信息。本发明实现了结构的简化的同时，去除了激光相干性带来的散斑干扰，极大地减少了匀光过程中的能量损失，针对高斯分布光束具有良好的匀光效果。

技术研发人员：杨懿,王抒皓,朱来余,卢志
受保护的技术使用者：浙江荷湖科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17