CN103345052A - 一种照明成像共光路显微成像系统 - Google Patents

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马小龙
杨建峰
阮萍
葛伟
甘玉泉
吕娟
李婷
徐广州
贺应红
卢笛
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Abstract

本发明提出了一种照明成像共光路显微成像系统，包括光源、显微物镜组件、照明聚光片以及分光片，显微物镜组件和分光片位于同一光轴上，光源和照明聚光镜、分光片位于同一光轴上，光源与显微物镜组件呈垂直设置。本发明的照明成像共光路显微成像系统，采用照明和成像共光路设计的方式，可以避免在物面附近设置辅助照明部件，从而使得显微镜可以工作与狭小空间。

Description

一种照明成像共光路显微成像系统
技术领域
本发明涉及光学成像领域，尤其涉及一种照明光路和成像光路部分公用的显微光学系统。
背景技术
显微镜是一种将近距离微小物体放大成像的光学系统。传统的显微镜是通过人眼来观察图像，因此将显微镜分为物镜和目镜两个部分。物镜作用是将目标成放大的实像；目镜的作用是将放大的变为放大的虚像，同时将系统出瞳拉至人眼入瞳位置，以便人眼观察。显微镜主要参数有极限分辨率和放大率。极限分辨率由物镜数值孔径决定，放大率则由物镜放大率和目镜放大率确定。随着面阵微电子成像器件的出现，显微镜图像传感器件也逐渐由CCD、CMOS等电子器件代替了人眼。显微成像系统也无需目镜，直接将电子成像器件置于物镜焦面即可获得图像。
照明光学系统和成像光学光学在设计要求上又很大不同。成像光学系统要求将物面的点发出的光锥精确的聚焦于一点，而且要求在物面位于同一平面的点也会居于像方的同一平面，并且要求像面点的分布和物面点的几何分布具有相似性。主要通过像差曲线、传递函数、场曲和畸变曲线等来评价。照明光学系统要求将光源有效地、均匀地投射于指定的区域。主要通过能量传递效率、目标照度分布曲线来评价。
发明内容
为了解决背景技术中所存在的技术问题，本发明提出了一种照明成像共光路显微成像系统，采用照明和成像共光路设计的方式，可以避免在物面附近设置辅助照明部件，从而使得显微镜可以工作与狭小空间。
本发明的技术解决方案是：一种照明成像共光路显微成像系统，其特征在于：所述成像系统包括光源、显微物镜组件、照明聚光片以及分光片，所述显微物镜组件和分光片位于同一光轴上，所述光源和照明聚光镜、分光片位于同一光轴上，所述光源与显微物镜组件呈垂直设置。
上述显微物镜组件包括依次设置在同一光轴上的成像一镜、成像二镜、成像三镜、成像四镜。
上述成像一镜是由冕牌玻璃磨制的平凸镜，成像二镜是由冕牌玻璃磨制的双凸镜，成像三镜是由火石玻璃磨制的双凹镜，成像四镜由冕牌玻璃磨制的双凸透镜。
上述分光片靠近物方的一面镀有半透半反膜。
上述半透半反膜是50％透、50％反的半透半反膜。
上述显微物镜组件的物方数值孔径为0.16，物方半高为0.5mm，垂轴放大率为8。
上述光源的物方数值孔径为0.15，垂轴放大率为1。
显微镜为提高目标图像亮度，一般要求主动光源照明，分为背面照明和正面照明，背面照明要求背照物具有一定透明度，正面照明由于显微镜工作距离较短，要达到理想的照明经常采用辅助光路，照明光线入射角一般都比较大，而且采用外部照明由于照明部件位于物方，对于空间一些狭小目标往往很难实现。采用照明和成像共光路设计的方式，可以避免在物面附近设置辅助照明部件，从而使得显微镜可以工作与狭小空间，并且照明光入射角度较小，具有较好的照明效果。成像系统的设计传递函数达到了衍射极限，具有优良的图像对比度。成像系统的畸变曲线显示，边视场相对畸变仅0.05％，图像几乎无变形。成像系统的像差曲线比较平缓，说明系统的装配公差较小，装配难度较小，容易达到设计指标。物面照度曲线表明，视场内物面照度分布均匀，保证了最后成像的亮度分布的均匀性。
附图说明
图1是本发明光学系统图；
图2是本发明照明系统光路图；
图3是本发明成像系统光路图；
图4是本发明成像系统像差曲线图；
图5是本发明成像系统传递函数曲线图；
图6是本发明成像系统场曲和畸变曲线图；
图7是本发明物面照度分布曲线；
具体实施方式
本发明是一种照明成像共光路显微成像系统，包括光源1、成像一镜2、成像二镜3、成像三镜4、成像四镜5、照明聚光片6以及分光片7，成像一镜2、成像二镜3、成像三镜4、成像四镜5构成显微物镜组件，显微物镜组件和分光片7位于同一光轴上，光源1和照明聚光镜6、分光片7位于同一光轴上，光源1与显微物镜组件呈垂直设置。
整个系统由照明系统和成像系统组成(即光源1和显微物镜组件)；其中，成像光学系统物方数值孔径为0.16，物方半高0.5mm，垂轴放大率8；照明系统物方数值孔径为0.15，垂轴放大率为1，照明灯丝像成于成像系统入瞳位置。照明系统和成像系统共用了部分光路。
照明光由光源1出射进入双凸的照明聚光镜6后汇聚，然后射入分光片7，分光片7前面(靠近物方)镀半透半反膜(50％透，50％反)，经半透半反膜后，50％光能沿反方向入射成像系统，经成像四镜5、成像三镜4、成像二镜3和成像一镜2聚焦于成像一镜2前面，最后投射于物面。至此，构成了一个完整的照明光学系统。
由照明系统投射于物面的光经反射后，携带了物面信息进入成像光学系统。成像系统入瞳位于成像一镜2第一面，成像一镜2是由冕牌玻璃磨制的平凸镜，主要作用是汇聚光线；然后光线进入成像二镜3，成像二镜3是由冕牌玻璃磨制的双凸镜，主要作用是汇聚光线。成像三镜4是由火石玻璃磨制的双凹镜，它用来校正其他正透镜产生的球差、彗差、像散和色差等像差。成像四镜5由冕牌玻璃里磨制的双凸透镜，用以最后确定系统焦距，并且平衡剩余的像差。最后光线经过分光片7，一半能量透过半透半反膜至焦平面成像。

Claims (7)

1.一种照明成像共光路显微成像系统，其特征在于：所述成像系统包括光源、显微物镜组件、照明聚光片以及分光片，所述显微物镜组件和分光片位于同一光轴上，所述光源和照明聚光镜、分光片位于同一光轴上，所述光源与显微物镜组件呈垂直设置。
2.根据权利要求1所述的照明成像共光路显微成像系统，其特征在于：所述显微物镜组件包括依次设置在同一光轴上的成像一镜、成像二镜、成像三镜、成像四镜。
3.根据权利要求2所述的照明成像共光路显微成像系统，其特征在于：所述成像一镜是由冕牌玻璃磨制的平凸镜，成像二镜是由冕牌玻璃磨制的双凸镜，成像三镜是由火石玻璃磨制的双凹镜，成像四镜由冕牌玻璃磨制的双凸透镜。
4.根据权利要求1或2或3所述的照明成像共光路显微成像系统，其特征在于：所述分光片靠近物方的一面镀有半透半反膜。
5.根据权利要求4所述的照明成像共光路显微成像系统，其特征在于：所述半透半反膜是50％透、50％反的半透半反膜。
6.根据权利要求5所述的照明成像共光路显微成像系统，其特征在于：所述显微物镜组件的物方数值孔径为0.16，物方半高为0.5mm，垂轴放大率为8。
7.根据权利要求6所述的照明成像共光路显微成像系统，其特征在于：所述光源的物方数值孔径为0.15，垂轴放大率为1。
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