CN107315242A - 一种同轴光显微成像系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种同轴光显微成像系统，包括摄像装置、分光棱镜、物镜以及同轴光源，摄像装置、分光棱镜和物镜位于同一光轴上，同轴光源和分光棱镜位于同一光轴上，同轴光源与摄像装置的光轴相互垂直。本发明成像系统还设有连接筒，摄像装置、分光棱镜以及物镜连接在连接筒上，同轴光源从连接筒的侧壁入射到分光棱镜上。本发明的同轴光源入射到分光棱镜上再垂直打在样品上形成很小的光斑，可直观观测到摄像装置焦点的精确位置，有助于微小样品在精调平台上的初步精确定位，可提供更佳的拍摄效果。本发明成像系统利用相机液晶屏或电脑显示器作为数码目镜，代替了传统的光学目镜。使取景更加清晰明亮，即时取景，观察更加方便。

Description

一种同轴光显微成像系统

技术领域

本发明属于光电技术领域，具体为一种同轴光显微成像系统。

背景技术

我们对微观世界的探索从很早便开始，但更多的时候是抽象的，而十六世纪末扎恰里亚斯·詹森父子宣告了显微镜的问世，微观世界便以新的面貌出现，对这些微观对象记录手段的摸索便从未停止，从最初的手绘到胶片的出现，一直不能令我们满意。早在20世纪60年代，就开始了“CCD芯片”的研究与开发，1969年，贝尔实验室将可视电话和半导体泡存储技术结合，设计了可以数码相机沿半导体表面传导电荷的“电荷‘泡’器”(Charge“Bubble”Devices)，率先发明了CCD器件的原型。1975年世界首台数码相机于美国纽约实验室中诞生，1995年全球掀起数码热潮。即时拍摄给了显微观察新的生命。

现有的显微成像技术多采用环形光源或者其它斜射照明，导致光照和光学成像角度过大，成像清晰度低，对于某些表面光滑的观察样品，会出现样品无法反射光从而接收不到样品表面信息的问题。在传统的依靠日光，或者斜射光的方法时，往往存在光场暗区，由于物镜的作用，显微装置视场较小，合适的成像焦点往往在物镜正中央下方，而这个区域很容易形成暗区。

发明内容

本发明提供一种同轴光显微成像系统，同轴光的使用，使得成像与照明光路同路，而且由于垂直入射，在观察范围内，保证了更加均匀明亮的视野，可以完美实现不同粗糙度表面的样品照明。

本发明提供一种同轴光显微成像系统，包括摄像装置、分光棱镜、物镜以及同轴光源，所述摄像装置、分光棱镜和物镜位于同一光轴上，所述同轴光源和分光棱镜位于同一光轴上，所述同轴光源与摄像装置的光轴相互垂直。

在本发明的同轴光显微成像系统中，所述成像系统还设有连接筒，所述连接筒包括依次连接的第一连接部、中间部以及第二连接部，所述第一连接部设有用于连接所述摄像装置的卡扣，所述中间部设有安装所述分光棱镜的安装槽，所述第二连接部设有用于连接所述物镜的螺纹，所述同轴光源从中间部的侧壁入射到分光棱镜上。

在本发明的同轴光显微成像系统中，所述分光棱镜由两个直角棱镜的斜面胶合而成，所述直角棱镜的斜面与同轴光源的光轴成45度角，以使透射光和反射光的光强比例为1:1。

4在本发明的同轴光显微成像系统中，所述成像系统还设有L形支架，所述L形支架包括相互连接的垂直板和水平板，所述垂直板上设有粗调支架，所述摄像装置安装在所述粗调支架上，所述水平板上设有用于放置观测样品的精调平台。

在本发明的同轴光显微成像系统中，所述粗调支架可在垂直板上沿Y轴和Z轴方向移动，使整体光路在Y轴和Z轴方向移动，以实现对焦。

在本发明的同轴光显微成像系统中，所述精调平台可在水平板上沿X轴、Y轴和Z轴方向移动，使样品在X轴、Y轴和Z轴方向移动。

在本发明的同轴光显微成像系统中，所述成像系统还包括卡设于所述粗调支架与摄像装置之间的减震支架，以减少外界振动干扰引起的抖动，通过调节减震支架使物镜的光轴与精调平台的表面保持垂直。

在本发明的同轴光显微成像系统中，所述摄像装置包括数码相机和镜筒，所述镜筒与第一连接部的卡扣相卡接。

在本发明的同轴光显微成像系统中，所述成像系统还包括与所述摄像装置通过数据线相连接的上位机。

本发明的同轴光源入射到分光棱镜上再垂直打在样品上形成很小的光斑，可直观观测到摄像装置焦点的精确位置，有助于微小样品在精调平台上的初步精确定位，可提供更佳的拍摄效果。本发明成像系统利用相机液晶屏或者电脑显示器作为数码目镜，代替了传统的光学目镜。使取景更加清晰明亮，即时取景，观察更加方便。

附图说明

图1是本发明的一种同轴光显微成像系统的结构示意图；

图2是本发明的一种同轴光显微成像系统的连接筒的剖视图；

图3是本发明的显微成像系统的光路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的同轴光显微成像系统进行说明。如图1所示本发明的同轴光显微成像系统包括摄像装置、分光棱镜3、物镜5以及同轴光源4。摄像装置、分光棱镜3和物镜5位于同一光轴上，同轴光源4和分光棱镜3位于同一光轴上，同轴光源4与摄像装置的光轴相互垂直。

如图2所示，成像系统设有连接筒9，连接筒9包括依次连接的第一连接部91、中间部93以及第二连接部97。第一连接部91设有用于连接摄像装置的卡扣92，中间部93设有安装分光棱镜3的安装槽95和供同轴光源4入射的连接孔94，第二连接部97设有用于连接物镜5的螺纹96，同轴光源4从中间部93的侧壁上的连接孔94入射到分光棱镜3上。分光棱镜3由两个直角棱镜的斜面胶合而成，直角棱镜的斜面与同轴光源4的光轴成45度角，以使透射光和反射光的光强比例为1:1。连接筒9的安装方法：先将分光棱镜3安装到连接筒9的安装槽95中，将中间两组螺钉螺母拧紧。再通过螺纹96将物镜5安装到连接筒9的第二连接部97，将对应两组螺钉螺母拧紧。然后通过第一连接部91的卡扣92与镜筒2相卡接，当连接筒9的卡扣92刚好卡到镜筒2的卡槽中时，拧紧连接筒9上对应两组螺钉螺母，从而实现镜筒2、分光棱镜3、物镜5的整体固定。连接好后再将同轴光源4安装到连接筒9对应连接孔94中。针对不同的同轴光源4，可以使用对应不同同轴光源4的转接环来实现同轴光源4与连接筒9的连接。

如图1所示，成像系统还设有L形支架7，L形支架7包括相互连接的垂直板和水平板。垂直板上设有粗调支架8，摄像装置通过快装板安装在粗调支架8上，水平板上设有用于放置观测样品的精调平台6。粗调支架8可在垂直板上沿Y轴和Z轴方向移动，使整体光路在Y轴和Z轴方向移动，以实现对焦。精调平台6可在水平板上沿X轴、Y轴和Z轴方向移动，使样品在X轴、Y轴和Z轴方向移动。利用粗调支架8的粗调和精调平台6的微调，达到清晰成像的位置。

摄像装置包括数码相机1和镜筒2，镜筒2与第一连接部91的卡扣92相卡接。成像系统还包括卡设置于粗调支架8与镜筒2之间的减震支架10，以减少外界振动干扰引起的抖动，通过调节减震支架10使物镜5的光轴与精调平台6的表面保持垂直。成像系统还包括与摄像装置的数码相机1通过数据线相连接的上位机11。本成像系统还设有铝合金框架，将L形支架7安装在铝合金框架上以实现更好的减震效果，能同时实现隔绝外界振动影响和微调过程中的振动影响。图3是本发明的显微成像系统的光路原理图。同轴光源4从左侧射入，由分光棱镜3反射入物镜5中，从物镜5中射出照射到待测样品上，光反射到数码相机1的CCD上成像，进而可在上位机11中观测到图像。

具体实施时，数码相机1可采用多种型号，本实施例选择的是OLYMPUSE-M5Mark相机，有效像素4000万，图像分辨率7296×5472。本发明的显微成像系统使用固定倍数的物镜5，所以视野大小固定，利用光学显微标尺进行标定，数码相机1像素4000万，CCD感光面积17.8×13.4mm，图像理论大小长：17.8mm/50＝356μm，宽：13.4mm/50＝268μm，长宽比为1.33；标尺测定：长350μm，宽255μm，长宽比1.33。由于CCD成像有损失，长宽测定值略小于理论值，但比例正确，故而测量结果可靠，利用对视野尺寸的标定可以对观察样品进行测量。

具体拍摄方法及步骤：

1)依次连接数码相机1、镜筒2、安装好分光棱镜3的连接筒9、物镜5，同轴光源4，使用快装板将数码相机1安装到粗调滑块8上；

2)精调平台6安装在物镜5正下方的水平板上，并通过调节减震支架10使精调平台6与物镜5的光轴保持垂直；

3)将数码相机1与上位机11通过数据线连接通讯，设置数码相机1的参数使其达到最佳拍摄效果，也可通过上位机9对拍摄参数进行设置；

4)调整粗调滑块8，大致从上位机9观测到的图像找到光路的焦距位置，使样品大致清晰。也可先打开同轴光源4，再快速调整粗调滑块8直接观察打到样品上的同轴光斑，大致调节至光斑最小，再通过从上位机9观测到的图像找到光路的焦距位置，经过粗调和微调之后，达到合适位置，样品清晰，即可拍摄。

本发明使用数码相机1的液晶屏或者上位机11的显示器作为数码目镜，代替了传统的光学目镜。使取景更加清晰明亮，即时取景，观察更加方便。该显微成像系统不再采用以往的相机的CCD成像和拍摄一体的工作模式，通过加之上位机11的控制观察，避免了拍摄过程的人为影响，并且观测分析更加即时方便。

本发明不采用以往的自然光采光或者环形光源的照明方式，因为高倍数、小视场的情况下，自然光往往无法满足拍摄要求，而环形灯源在成像中心存在照明盲点，二者光入射角度均为斜射，不同程度的存在色散，造成边缘不清晰的现象。故而采用波长520nm的绿色单色点光源的同轴光源4，点光源经过1：1的胶合分光棱镜3垂直打在样品，既保证了观察视场，垂直的光源提供了更佳的效果，点光源通过物镜5打在样品上会形成一个很小的光斑，可直观观测到物镜5焦点的精确位置，有助于对微小样品在移动平台上的初步精确定位。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明的思想，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种同轴光显微成像系统，其特征在于，包括摄像装置、分光棱镜、物镜以及同轴光源，所述摄像装置、分光棱镜和物镜位于同一光轴上，所述同轴光源和分光棱镜位于同一光轴上，所述同轴光源与摄像装置的光轴相互垂直。

2.如权利要求1所述的同轴光显微成像系统，其特征在于，所述成像系统还设有连接筒，所述连接筒包括依次连接的第一连接部、中间部以及第二连接部，所述第一连接部设有用于连接所述摄像装置的卡扣，所述中间部设有安装所述分光棱镜的安装槽，所述第二连接部设有用于连接所述物镜的螺纹，所述同轴光源从中间部的侧壁入射到分光棱镜上。

3.如权利要求1或2所述的同轴光显微成像系统，其特征在于，所述分光棱镜由两个直角棱镜的斜面胶合而成，所述直角棱镜的斜面与同轴光源的光轴成45度角，以使透射光和反射光的光强比例为1:1。

4.如权利要求1所述的同轴光显微成像系统，其特征在于，所述成像系统还设有L形支架，所述L形支架包括相互连接的垂直板和水平板，所述垂直板上设有粗调支架，所述摄像装置安装在所述粗调支架上，所述水平板上设有用于放置观测样品的精调平台。

5.如权利要求4所述的同轴光显微成像系统，其特征在于，所述粗调支架可在垂直板上沿Y轴和Z轴方向移动，使整体光路在Y轴和Z轴方向移动，以实现对焦。

6.如权利要求4所述的同轴光显微成像系统，其特征在于，所述精调平台可在水平板上沿X轴、Y轴和Z轴方向移动，使样品在X轴、Y轴和Z轴方向移动。

7.如权利要求4所述的同轴光显微成像系统，其特征在于，所述成像系统还包括卡设于所述粗调支架与摄像装置之间的减震支架，以减少外界振动干扰引起的抖动，通过调节减震支架使物镜的光轴与精调平台的表面保持垂直。

8.如权利要求2所述的同轴光显微成像系统，其特征在于，所述摄像装置包括数码相机和镜筒，所述镜筒与第一连接部的卡扣相卡接。

9.如权利要求1所述的同轴光显微成像系统，其特征在于，所述成像系统还包括与所述摄像装置通过数据线相连接的上位机。