一种基于自适应光学技术的水下显微成像装置

技术领域

本发明属于水下显微领域，尤其涉及一种基于自适应光学技术的水下显微成像装置。

技术背景

随着人们越来越深入的了解海洋、开发海洋，对海洋环境的监测显的愈发的必要和紧迫,其中海水中富含大量藻类，微生物，以及固体颗粒物，通过对这些物质的观测，可以准备的判断海水中的组成成分以及质量，进而对可能出现的赤潮等问题做出预测。

现有的水生环境中的藻类、微生物和颗粒物的观测，一般先进行采样然后将样品带到实验室进行观测，这个过程中，样品的温度，酸碱度等均会发生较大的变化，导致液体样本中需要观测的目标物有大量的损失，造成观测结果误差较大，难以得到精确地数据。为水下显微镜则能有限的进行水下原位观测，获得高精度的图像信息，但由于介质(水体、透明生物体)的扰动会造成波前畸变，导致成像质量低，难以获得精准的图像数据。

发明内容

针对现有技术不足，本发明提供了一种基于自适应光学技术的水下显微成像装置。

为实现上述发明目的，本发明的技术方案为一种基于自适应光学技术的水下显微成像装置，所述装置包括：

照明装置，用于为显微成像提供光源；

显微成像装置，用于对样本进行显微成像；所述显微成像装置包含一自适应光学装置，用于克服介质产生的波前畸变，消除动态波前误差和由于介质不均性引起的像差，生成样本图像。

进一步地，照明装置出射光束，经过目标物反射，光束经过透射镜，再经过透光圈，接着，光束经过物镜到达变形镜，再通过反射经过半透半反镜分为两束光路，第一束光路进入高清摄像机，第二束光路进入波前传感器，所述波前传感器测量入射光束的波前畸变，再将畸变信息传输至波前控制器，波前控制器对畸变产生控制信号，基于控制信号驱动波前矫正器执行机构对光束进行波前调节校正，获得高清高分辨的水下显微图像。

进一步地，波前传感器的输入光瞳应与自适应光学装置的光瞳光学共轭。

进一步地，所述照明装置与显微成像装置通过连接部连接，通过调节连接部来调整显微成像装置与照明装置之间的位置关系，使得光束能够近似垂直的进入显微成像装置中的物镜，在目标观测空间形成近似平行的照明光。

进一步地，所述照明装置为一密封舱，密封舱的上部安装有上端盖密，封舱的下部安装有下端盖；所述照明装置内安装有LED照明阵列、透射窗；照明装置内还设计有散热腔体。

进一步地，所述显微成像装置为一密封舱，材料为铝合金，密封舱体与海水接触的表面进行人工镀锌处理。

进一步地，密封舱利用橡胶密封圈进行密封处理，涂抹防渗水作用的硅脂。

进一步地，密封舱能够适应水下200m以内的环境。

根据以上技术方案，相对于现有技术，本发明的有益效果如下：本发明提供的基于自适应光学技术的水下显微成像装置具备对水下目标物进行显微成像的能力，能够有效的改善由于介质(水体、生物体透明介质)产生波前畸变导致成像质量降低的问题。装置利用波前传感器测量入射光的波前畸变，再利用一个压电驱动的变形镜对畸变的波前(像差)进行校正能够消除由于水体扰动，透明生物介质造成的波前畸变，消除像差，相比于其他类型的水下显微镜本发明能够获得更清晰、分辨率更高的图像信息。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明实施例提供的基于自适应光学技术的显微成像装置的整体结构示意图；

图2是本发明实施例提供的显微成像装置的光路示意图；

图3是本发明实施例提供的照明装置的内部结构示意图；

图4是本发明实施例提供的显微成像装置中密封舱的结构示意图；

图中，1.波前矫正器执行机构，2.变形镜，3.波前传感器，4.高清摄像机，5.波前控制器，6.半透半反镜，7.透光圈，8.物镜，9.透射镜，10.照明装置，11.目标物，12.光束，13.信号线，14.密封舱，15.连接部，16.上端盖，17.散热腔体，18.LED照明阵列，19.投射窗，20.下端盖。

具体实施方案

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

如图1所示，本发明实施例提供一种基于自适应光学技术的显微成像装置，包括：

照明装置10，用于为显微成像提供光源。

显微成像装置14，用于对样本进行显微成像；所述显微成像装置14包含一自适应光学装置，用于克服介质产生的波前畸变，消除动态波前误差和由于介质不均性引起的像差，生成样本图像。

进一步地，所述照明装置10与显微成像装置14通过连接部15连接，通过调节连接部15来调整显微成像装置14与照明装置10之间的位置关系，使得光束能够近似垂直的进入显微成像装置14中的物镜，在目标观测空间形成近似平行的照明光。

如图3所示，所述照明装置10为一密封舱，且其水密性能要求能够适应水下200m以内的环境。密封舱的上部安装有上端盖16，密封舱的下部安装有下端盖20。所述照明装置10内安装有LED照明阵列18，所述LED照明阵列18能提供大于光通量大于2000流明、显色指数大于60的光源。所述照明装置10还安装有透射窗19，LED照明阵列18在发光过程中，会产生大量的热，因此所述照明装置10内还设计有散热腔体17，能够进行有效散热，保证照明装置正常运行。

进一步地，如图4所示，所述显微成像装置14为一密封舱，密封舱的外形尺寸为300mm×1100mm，材料为铝合金，舱体与海水接触的表面进行人工镀锌处理，防止工作过程中海水造成的腐蚀，盖密封舱体的壁厚为20mm，且其水密性能要求能够适应水下200m以内的环境，对内部组件进行防水防压保护。密封舱体的上下端盖与舱体之间，利用橡胶密封圈进行密封处理，涂抹防渗水作用的硅脂。

如图2所示，所述显微成像装置14包含一自适应光学装置，所述自适应光学装置包括：波前矫正器执行机构1、变形镜2、波前传感器3、半透半反镜6、透光圈7、物镜8、透射镜9。显微镜首先将光源聚焦于物镜的后焦平面，进而在目标观测空间形成近似平行的照明光，照明光对样品较大范围进行照射，最后通过面阵探测器进行探测成像，具有成像视场大及成像速度快的优点。具体地，其工作原理为：照明装置10出射光束12，经过目标物11反射，光束12经过透射镜9，再经过透光圈7将视角场固定为一定区域，避免出现由于视角过大，难以进行观测的问题；接着，光束12经过物镜8到达变形镜2，再通过反射经过半透半反镜6分为两束光路，第一束光路进入高清摄像机4，第二束光路进入波前传感器3，所述波前传感器3首先测量入射光束的波前畸变，再将畸变信息通过信号线13传输至波前控制器5，波前控制器5对畸变进行分析，并结合变形镜2的特性产生控制信号，基于控制信号驱动波前矫正器执行机构1对光束12进行波前调节校正，获得高清高分辨的水下显微图像。

进一步地，所述变形镜2的其镜面形状是固定的，不能发生主动形变，但变形镜的镜面在电压的控制下可发生主动形变，而且镜面形变量可以根据电压的大小、分布进行实时调节，从而达到调节光束波前的目的。

进一步地，变形镜2、波前传感器3、半透半反镜6、透光圈7、物镜8、透射镜9需要通过光路支架进行固定。特别地，由于波前传感器3的输入光瞳应与自适应光学装置的光瞳光学共轭，故安装精度要求高，如果波前传感器3位于瞳孔图像之外，瞳孔中的任何像差都会导致波前传感器3输入中的几何光束畸变，从而导致测量错误。

综上所述，本发明提供的基于自适应光学技术的水下显微成像装置具备对水下目标物进行显微成像的能力，能够有效的改善由于介质(水体、生物体透明介质)产生波前畸变导致成像质量降低的问题。装置利用波前传感器测量入射光的波前畸变，再利用一个压电驱动的变形镜对畸变的波前(像差)进行校正能够消除由于水体扰动，透明生物介质造成的波前畸变，消除像差，相比于其他类型的水下显微镜本发明能够获得更清晰、分辨率更高的图像信息。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的内容后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的。

应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。