CN107144952A - 用于样本分析的显微成像系统 - Google Patents

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杨洪武
牛振兴
刘博通
刘磊
王峰
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Abstract

一种显微成像系统，包括沿光轴依次布置的光源、第一透镜组、第一光阑、第二光阑、第二透镜组、成像池、显微物镜、第三透镜组、相机；所述光源、第一透镜组、第一光阑、第二光阑、第二透镜组构成柯勒照明单元；所述显微物镜、第三透镜组、相机构成成像单元；所述柯勒照明单元具有第一数值孔径，所述显微物镜具有第二数值孔径；所述第一数值孔径与所述第二数值孔径的比值不大于1/3。本发明适当降低照明数值孔径，在图像的分辨率可接受的情况下提高图像的对比度，有利于拍摄高速运动细胞和后续的图片分析处理。

Description

用于样本分析的显微成像系统
技术领域
本发明涉及显微成像领域，特别是涉及应用平面流式成像技术的有形成分分析仪中的显微成像系统。
背景技术
平面流式成像技术是一种分析液体中微小粒子（如细胞）的技术，其组成形式为液流系统、照明系统、成像系统、控制系统。液流系统由样本池及管路部分组成；照明系统由光源和柯勒照明镜组组成；成像系统由显微物镜、辅助物镜和相机组成；控制系统协调管理照明系统、液流系统、成像系统相互配合。
使用平面流式成像技术的有形成分分析仪器，其液流系统可以使含有待分析细胞的液体以很高的速度在显微成像系统的焦面处流动，此时令照明系统给含有待分析细胞的液体进行照明，成像系统快速的抓拍待分析细胞的图像。液体中的细胞近似于半透明，为了提高成像质量，利于对图像中细胞的处理，应当提高成像的对比度。现有显微镜系统获得的图像分辨率既同显微物镜的数值孔径有关又同照明数值孔径有关，使用中要求照明数值孔径和显微物镜数值孔径相匹配，通常将照明的数值孔径调整到物镜数值孔径的0.8倍，这样会同时获得高分辨率和适当对比度的图像，但是这样配合方式只适用于观察和拍摄静止或者移动速度比较慢的细胞，而对于平面流式成像技术，细胞移动速度快，若还是以此方式配置照明与成像的数值孔径，拍摄到的图像对比度非常低，不利于后续对图片的分析处理。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明的目的是发明一种用于平面流式成像技术的有形成分分析仪的照明系统，旨在实现高速显微成像的情况下，克服现有技术中的一些缺点，提高所得图像对比度。
为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种显微成像系统，包括沿光轴依次布置的光源、第一透镜组、第一光阑、第二光阑、第二透镜组、成像池、显微物镜、第三透镜组、相机；所述光源、第一透镜组、第一光阑、第二光阑、第二透镜组构成柯勒照明单元；所述显微物镜、第三透镜组、相机构成成像单元；所述柯勒照明单元具有第一数值孔径，所述显微物镜具有第二数值孔径；所述第一数值孔径与所述第二数值孔径的比值不大于1/3。
进一步的，所述第一透镜组，包括至少一片凸透镜，等效焦距为正值。
进一步的，所述第二透镜组，包括至少一片凸透镜，等效焦距为正值。
进一步的，所述第三透镜组，包括至少一片凸透镜和一片凹透镜，等效焦距为正值。
进一步的，所述柯勒照明系统中，还包括匀光透镜，所述匀光透镜设置于所述第一透镜组和所述第一光阑之间。
进一步的，所述匀光片为毛玻璃片、复眼透镜、光扩散板中的其中之一。
进一步的，所述柯勒照明单元中，还包括滤光镜组，所述滤光镜组设置于所述第二光阑和所述第二透镜组之间。
进一步的，所述滤光镜组包括光波段滤镜，所述光波段滤镜为有色玻璃、滤光片的其中之一。
进一步的，所述滤光镜组还包括光强滤镜，所述光强滤镜为衰减片、偏振片的其中之一。
本发明的有益效果：适当降低照明数值孔径，在图像的分辨率可接受的情况下提高图像的对比度，有利于拍摄高速运动细胞和后续的图片分析处理。
附图说明
图1为本发明的显微成像系统的结构示意图。
图2为本发明的第一实施例的结构示意图。
图3为本发明的第二实施例的结构示意图。
图4为本发明的第三实施例的结构示意图。
图5为本发明的第四实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
参照附图1所示，沿光轴依次布置的光源101、第一透镜组102、第一光阑103、第二光阑104、第二透镜组105、成像池2、显微物镜301、第三透镜组302、相机303构成本发明的显微成像系统的基本结构。其中，光源101、第一透镜组102、第一光阑103、第二光阑104、第二透镜组105构成柯勒照明单元1；显微物镜301、第三透镜组302、相机303构成成像单元3。柯勒照明单元1具有第一数值孔径；显微物镜301具有第二数值孔径；第一数值孔径与第二数值孔径的比值小于1/3。
第一透镜组102，包括至少一片凸透镜，且该透镜组的等效焦距为正值，可以等效为一片凸透镜。
第二透镜组105，包括至少一片凸透镜，且该透镜组的等效焦距为正值，可以等效为一片凸透镜。
第三透镜组302，包括至少一片凸透镜和一片凹透镜，且该透镜组的等效焦距为正值，可以等效为一片凸透镜。
为了进一步提高照明的均匀性，可以在柯勒照明单元1中添加使光线均匀化的匀光透镜106。该匀光透镜106，设置于第一透镜组102和第一光阑103之间。匀光透镜106可以采用毛玻璃片、复眼透镜、光扩散板的其中之一。
为了获得更好的成像效果，在光通量足够的情况下，一般会对光波段和光强进行筛选，在柯勒照明单元1中添加滤光镜组107。该滤光镜组107，包括光波段滤镜107a，光波段滤镜107a为有色玻璃片、滤光片的其中之一。滤光镜组107还包括光强滤镜107b，光强滤镜107b为衰减片、偏振片的其中之一。
本发明的第一实施例，如附图2所示，沿光轴依次布置的光源101、第一透镜组102、第一光阑103、第二光阑104、第二透镜组105构成了柯勒照明单元1；显微物镜301、第三透镜组302、相机303构成成像单元3；柯勒照明单元1、成像池2、成像单元3构成本发明的显微成像系统。其中，第一透镜组102仅有一片凸透镜，焦距为正值；第二透镜组105仅有一片凸透镜，焦距为正值；第三透镜组302由两片透镜组成，其中一片为凸透镜，另一片为凹透镜，总焦距为正值；显微物镜301的放大倍率为20倍，相应的第二数值孔径为0.4；柯勒照明单元1的第一数值孔径为0.1；第一数值孔径与第二数值孔径的比值为0.1/0.4=0.25，该数值小于1/3。在本实施例中，柯勒照明单元1的第二光阑104，其通光孔直径为5mm；第二透镜组105的焦距为25mm。
本发明的第二实施例，如附图3所示，沿光轴依次布置的光源101、第一透镜组102、匀光透镜106、第一光阑103、第二光阑104、滤光镜组107、第二透镜组105构成了柯勒照明单元1；显微物镜301、第三透镜组302、相机303构成成像单元3；柯勒照明单元1、成像池2、成像单元3构成本发明的显微成像系统。其中，第一透镜组102由两片凸透镜组成，两片透镜的组合等效为凸透镜，等效焦距为正值；第二透镜组105由两片透镜组成，其中一片为凸透镜，另一片为凹透镜，两片透镜的组合等效为凸透镜，等效焦距为正值；第三透镜组302由两组三片透镜组成，其中一组为凸凹透镜组成的胶和透镜，另一组透镜为一片凹透镜，透镜组的等效焦距为正值；显微物镜301的放大倍率为40倍，相应的第二数值孔径为0.65；柯勒照明单元1的第一数值孔径为0.2；第一数值孔径与第二数值孔径的比值为0.2/0.65=0.308，该数值小于1/3。在本实施例中，柯勒照明单元1的第二光阑104，其通光孔直径为8mm；第二透镜组105的焦距为20mm。本实施例中使用的匀光透镜106为毛玻璃片；滤光镜组107采用滤光片作为光波段滤镜107a，采用偏振片作为光强滤镜107b。
本发明的第三实施例，如附图4所示，沿光轴依次布置的光源101、第一透镜组102、匀光透镜106、第一光阑103、第二光阑104、滤光镜组107、第二透镜组105构成了柯勒照明单元1；显微物镜301、第三透镜组302、相机303构成成像单元3；柯勒照明单元1、成像池2、成像单元3构成本发明的显微成像系统。其中，第一透镜组102仅有一片凸透镜；第二透镜组105由两片透镜组成，其一为凸透镜，另一为凹透镜，两片透镜的组合等效为凸透镜，等效焦距为正值；第三透镜组302由三组四片透镜组成，其中一组为一片凹透镜，一组为凸透镜和凹透镜组合成的胶和透镜，另一组为一片凸透镜，等效焦距为正值；显微物镜301的放大倍率为60倍，相应的第二数值孔径为0.75；柯勒照明单元1的第一数值孔径为0.25；第一数值孔径与第二数值孔径的比值为0.25/0.75=0.333，该数值等于1/3。在本实施例中，柯勒照明单元1的第二光阑104，其通光孔直径为8mm；第二透镜组105的焦距为16mm。本实施例中使用的匀光透镜106为复眼透镜；滤光镜组107采用有色玻璃作为光波段滤镜107a，采用中性衰减片作为光强滤镜107b。
本发明的第四实施例，如附图5所示，沿光轴依次布置的光源101、第一透镜组102、匀光透镜106、第一光阑103、第二光阑104、滤光镜组107、第二透镜组105构成了柯勒照明单元1；显微物镜301、第三透镜组302、相机303构成成像单元3；柯勒照明单元1、成像池2、成像单元3构成本发明的显微成像系统。第一透镜组102由两片凸透镜组成，等效为凸透镜，等效焦距为正值；第二透镜组105由两片凸透镜组成，两片透镜的组合等效为凸透镜，等效焦距为正值；第三透镜组302由三组四片透镜组成，其中一组为一片凹透镜，一组为凹透镜和凸透镜组合成的胶和透镜，另一组为一片凸透镜，等效焦距为正值；显微物镜301的放大倍率为100倍，相应的第二数值孔径为1.25；柯勒照明单元1的第一数值孔径为0.4；第一数值孔径与第二数值孔径的比值为0.4/1.25=0.32，该数值小于1/3。在本实施例中，柯勒照明单元1的第二光阑104，其通光孔直径为8mm；第二透镜组105的焦距为10mm。本实施例中使用的匀光透镜106为光扩散板；滤光镜组107采用滤光片作为光波段滤镜107a，未采用光强滤镜107b。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (9)

1.一种显微成像系统，包括沿光轴依次布置的光源、第一透镜组、第一光阑、第二光阑、第二透镜组、成像池、显微物镜、第三透镜组、相机；所述光源、第一透镜组、第一光阑、第二光阑、第二透镜组构成柯勒照明单元；所述显微物镜、第三透镜组、相机构成成像单元；所述柯勒照明单元具有第一数值孔径，所述显微物镜具有第二数值孔径；其特征在于，所述第一数值孔径与所述第二数值孔径的比值不大于1/3。
2.根据权利要求1所述的显微成像系统，其特征在于，所述第一透镜组，包括至少一片凸透镜，等效焦距为正值。
3.根据权利要求1所述的显微成像系统，其特征在于，所述第二透镜组，包括至少一片凸透镜，等效焦距为正值。
4.根据权利要求1所述的显微成像系统，其特征在于，所述第三透镜组，包括至少一片凸透镜和一片凹透镜，等效焦距为正值。
5.根据权利要求1所述的显微成像系统，其特征在于，所述柯勒照明单元中，还包括匀光透镜，所述匀光透镜设置于所述第一透镜组和所述第一光阑之间。
6.根据权利要求5所述的显微成像系统，其特征在于，所述匀光透镜为毛玻璃片、复眼透镜、光扩散板中的其中之一。
7.根据权利要求1所述的显微成像系统，其特征在于,所述柯勒照明单元中，还包括滤光镜组，所述滤光镜组设置于所述第二光阑和所述第二透镜组之间。
8.根据权利要求7所述的显微成像系统，其特征在于，所述滤光镜组包括光波段滤镜，所述光波段滤镜为有色玻璃、滤光片的其中之一。
9.根据权利要求8所述的显微成像系统，其特征在于，所述滤光镜组还包括光强滤镜，所述光强滤镜为衰减片、偏振片的其中之一。
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