CN110187489A - 基于uvc传像的在体荧光显微镜镜头及荧光显微镜 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及显微镜技术领域，具体涉及一种基于UVC传像的在体荧光显微镜镜头及荧光显微镜，旨在为了解决不同的图像之间的比较和图像后期的存储和分析的问题。本发明基于UVC传像的在体荧光显微镜镜头包括激发光光源、光路转换镜、梯度折射物镜、图像传感器和UVC传像模块，其中：激发光光源通过光路转换镜连接至梯度折射物镜；梯度折射物镜通过光路转换镜连接至图像传感器；UVC传像模块与图像传感器信号连接，用于将图像传感器采集的图像按照UVC协议编码。本发明的荧光显微镜镜头通过UVC成像模块按照UVC(USB video class)协议进行编码以形成统一标准的图像，以利于不同的图像之间的比较和图像后期的存储、分析。
Description
技术领域
本发明涉及显微镜领域，具体涉及一种基于UVC传像的在体荧光显微镜镜头及荧光显微镜。
背景技术
脑微内窥成像技术是一种新兴的生物荧光成像技术。它不仅可以通过对脑内钙敏感蛋白的荧光标记实现对细胞水平单个神经元放电活动的高速记录，而且在较大的视野范围内具有很好的空间分辨率，可以获得良好的空间信息。除此以外它还可以通过对血红蛋白的标记，实现在细胞水平对血管结构以及血液微循环变化进行实时成像。这些技术优点提示如果能在磁共振环境下展开BOLD-FMRI(血氧水平依赖功能磁共振成像，其英文全称为functional magnetic resonance imaging of blood oxygen level dependent，是一种新兴的神经影像学方式，其原理是利用磁振造影来测量神经元活动所引发之血液动力的改变。由于fMRI的非侵入性、没有辐射暴露问题与其较为广泛的应用，从1990年代开始就在脑部功能定位领域占有一席之地。目前主要是运用在研究人及动物的脑或脊髓)与脑微内窥技术同步成像，将对BOLD血氧信号的神经机制研究带来突破性的进展。
目前，通常将图像传感器成的像直接用于观察，其成像协议多种，不利于不同的图像之间的比较和图像后期的存储和分析。因此迫切需要一种荧光显微镜镜头及荧光显微镜，以解决或至少减轻上述问题。
发明内容
为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决没有足够的高度来布置传统的光线式微内窥，本发明实施例一方面提供了一种基于UVC传像的在体荧光显微镜镜头，包括激发光光源、光路转换镜、梯度折射物镜、图像传感器和UVC传像模块，其中：
所述激发光光源通过所述光路转换镜连接至所述梯度折射物镜，以形成供所述激发光光源发出的光通过的激发光通道；
所述梯度折射物镜通过所述光路转换镜连接至所述图像传感器，以形成供成像目标发出的荧光通过的成像光通道；
所述UVC传像模块与所述图像传感器信号连接，用于将所述图像传感器采集的图像按照UVC协议编码。
在一些优选实施例中，所述光路转换镜为全反射三棱镜或二向色镜。
在一些优选实施例中，所述光路转换镜与所述图像传感器之间设置有第一滤光片，用于滤除从所述光路转换镜传向所述图像传感器的成像光中的杂散光。
在一些优选实施例中，还包括LED驱动电路，所述激发光光源为LED光源，所述LED驱动电路与所述LED光源电性连接，以驱动所述LED光源发光和提供过流保护。
在一些优选实施例中，还包括第二滤光片，所述第二滤光片设置在所述LED光源与所述光路转换镜之间，用于滤除LED光源中的杂散光。
在一些优选实施例中，还包括消色差透镜，所述消色差透镜布置在所述第一滤光片与所述图像传感器之间，用于对从所述光路转换镜传向所述图像传感器的成像光的色差进行校正并将成像光传到所述图像传感器。
在一些优选实施例中，所述LED光源为蓝光LED二极管，所述第一滤光片为绿色滤光片，所述第二滤光片为蓝色滤光片。
在一些优选实施例中，所述图像传感器为CMOS图像传感器。
本发明实施例第二方面提供了一种荧光显微镜，包括：
支架；
任一上述的基于UVC传像的在体荧光显微镜镜头，所述激发光光源、所述光路转换镜、所述梯度折射物镜、所述图像传感器和所述UVC传像模块均安装于所述支架。
在一些优选实施例中，荧光显微镜还包括上位机，所述上位机与所述UVC传像模块信号连接，用于基于接收到来自所述UVC传像模块的图像进行存储和/或分析，所述上位机与所述LED驱动电路电性连接，以为所述LED驱动电路供电。
本发明的有益效果为：
激发光光源经激发光通道传输至光路转换镜，在光路转换镜的作用下传输到梯度折射物镜后照射到成像目标表面，成像目标发出荧光，然后该荧光沿成像光通道(依次经梯度折射物镜、光路转换镜传输到图像传感器)传输，经图像传感器成像，图像信号传输向UVC成像模块，按照UVC(USB video class)协议进行编码形成统一标准的图像，以利于不同的图像之间的比较和图像后期的存储、分析。
附图说明
图1是荧光显微镜镜头的一实施例的结构示意图。
附图标记及说明：
1、图像传感器；2、消色差透镜；3、第一滤光片；4、光路转换镜；5、梯度折射物镜；6、第二滤光片；7、激发光光源；8、LED驱动电路；9、USB接口；10、UVC传像模块；11、电缆；12、上位机。
具体实施方式
为使本发明的实施例、技术方案和优点更加明显，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。
本发明实施例一方面公开了一种基于UVC传像的在体荧光显微镜镜头，参见图1，其包括激发光光源7、光路转换镜4、梯度折射物镜5、图像传感器1和UVC传像模块10，其中：
激发光光源通过光路转换镜连接至梯度折射物镜，以形成供激发光光源发出的光通过的激发光通道；
梯度折射物镜通过光路转换镜连接至图像传感器，以形成供成像目标发出的荧光通过的成像光通道；
UVC传像模块与图像传感器信号连接，用于将图像传感器采集的图像按照UVC协议编码。
激发光光源经激发光通道传输至光路转换镜，在光路转换镜的作用下传输到梯度折射物镜后照射到成像目标表面，成像目标发出荧光，然后该荧光沿成像光通道(依次经梯度折射物镜、光路转换镜传输到图像传感器)传输，经图像传感器成像，图像信号传输向UVC成像模块，按照UVC(USB video class)协议进行编码形成统一标准的图像，以利于不同的图像之间的比较和图像后期的存储、分析。
UVC，全称为：USB video class或USB video device class，是Microsoft与另外几家设备厂商联合推出的为USB视频捕获设备定义的协议标准，目前已成为USB org标准之一。
光路转换镜，二向色镜对一定波长的光几乎完全透过，而对另一些波长的光几乎完全反射，利用此特性将激发光通过反射的方式耦合到梯度折射物镜上，而允许成像光沿梯度折射物镜传输向图像传感器。光路转换镜的几种具体类型可为全反射三棱镜和二向色镜中的一种。本领域技术人员可知的是，其还可为其他类型，在此不做赘述，只要其能实现光路转换即可(即保证激发光沿激发光通道传输、成像光沿成像光通道传输)。另外，全反射三棱镜和二向色镜均利用光折射原理来实现全反射。
另外，光路转换镜与图像传感器之间设置有第一滤光片3，用于滤除从光路转换镜传向图像传感器的成像光中的杂散光，仅使位于某一波段的单色光(如第一滤光片为绿色滤光片时，该单色光为绿光)通过，提高成像效果，利于提高成像质量。
另外，基于UVC传像的在体荧光显微镜镜头还可包括消色差透镜2，消色差透镜布置在第一滤光片与图像传感器之间，用于对从光路转换镜传向图像传感器的成像光的色差进行校正并将成像光传到图像传感器。消色差透镜由两种光学性质不同的玻璃制成的凸、凹透镜粘合而成。常用折射率较小而色散本领较大的冕玻璃制成凸透镜，用折射率较大而色散本领较小的火石玻璃制成凹透镜。消色差透镜一般只能把被认为是主要的两种色光的像点重合在一起，从而消除这两种色光的色差。例如，对于助视光学仪器，考虑到是用眼睛直接观察，可消除C线(波长656.3纳米的红光)和F线(波长486.1纳米的蓝光)的色差；对于照相镜头，从光化学方面考虑，可消除D线(波长589.3纳米的黄光)和G线(波长430.8纳米的紫光)的色差。虽对其它色光仍有剩余色差，但对一般应用来说影响不大，可认为基本上消除了色差。
需要说明的是，基于UVC传像的在体荧光显微镜镜头还可包括LED驱动电路8，激发光光源为LED光源，LED驱动电路与LED光源电性连接，以驱动LED光源发光和提供过流保护。LED光源具备寿命长、发光强度大、成本低等诸多有点，同时，当采用LED光源时，还可包括与LED光源电性连接的LED驱动电路，以驱动LED光源发光，从而使得LED光源工作稳定，减小供电电路波动对LED光源的影响，LED驱动电路还可以为LED电源的工作提供过流保护。LED驱动电路于本领域技术人员为公知技术，不再重复说明。
另外，LED光源为蓝光LED二极管，第一滤光片为绿色滤光片，第二滤光片6为蓝色滤光片。LED二极管发出蓝光中含有部分杂散光，第二滤光片会对该杂散光过滤，使得仅蓝光可通过第二滤光片，成像目标在蓝光照射下回发绿色的荧光，第一滤光片滤除掉荧光中的杂散光后仅绿光能通过，进一步提高了成像质量。当然，本领域技术人员可知的是，激发光还可以采用其他颜色，并可相应调整第二滤光片、第一滤光片的种类即可，不在此一一列举。
需要说明的是，图像传感器为CMOS图像传感器，CMOS图像传感器是一种典型的固体成像传感器，与CCD有着共同的历史渊源。CMOS图像传感器通常由像敏单元阵列、行驱动器、列驱动器、时序控制逻辑、AD转换器、数据总线输出接口、控制接口等几部分组成,这几部分通常都被集成在同一块硅片上。其工作过程一般可分为复位、光电转换、积分、读出几部分。
本发明实施例第二方面公开了一种荧光显微镜，该荧光显微镜包括支架和任一上述的基于UVC传像的在体荧光显微镜镜头，整体上讲，激发光光源、光路转换镜、梯度折射物镜、图像传感器和UVC传像模块均安装于支架。当然，支架为本发明实施例第一方面的荧光显微镜镜头的各部件提供安装基础。
发明人发现，有时候需要对荧光显微镜所成的像存储和后期分析，因此，本发明实施例第二方面所公开的荧光显微镜还包括上位机12，上位机与UVC传像模块信号连接，用于基于接收到来自UVC传像模块的图像进行存储和/或分析，上位机与LED驱动电路电性连接，以为LED驱动电路供电上位机通过电缆11连接至USB接口9，LED驱动电路和UVC传像模块均连接至USB接口，从而使得UVC传像模块的图像信号可通过USB接口和电缆传输至上位机，上位机的供电模块(如电源)可通过电缆和USB接口为LED驱动电路供电。该上位机可以为PC(Personal Computer)或其他的智能设备(如智能移动终端等)。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
术语“包括”或者任何其它类似用语旨在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、物品或者设备/装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者还包括这些过程、物品或者设备/装置所固有的要素。
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于UVC传像的在体荧光显微镜镜头，其特征在于，包括激发光光源、光路转换镜、梯度折射物镜、图像传感器和UVC传像模块，其中：
所述激发光光源通过所述光路转换镜连接至所述梯度折射物镜，以形成供所述激发光光源发出的光通过的激发光通道；
所述梯度折射物镜通过所述光路转换镜连接至所述图像传感器，以形成供成像目标发出的荧光通过的成像光通道；
所述UVC传像模块与所述图像传感器信号连接，用于将所述图像传感器采集的图像按照UVC协议编码。
2.根据权利要求1所述的基于UVC传像的在体荧光显微镜镜头，其特征在于，所述光路转换镜为全反射三棱镜或二向色镜。
3.根据权利要求1或2所述的基于UVC传像的在体荧光显微镜镜头，其特征在于，所述光路转换镜与所述图像传感器之间设置有第一滤光片，用于滤除从所述光路转换镜传向所述图像传感器的成像光中的杂散光。
4.根据权利要求3所述的基于UVC传像的在体荧光显微镜镜头，其特征在于，还包括LED驱动电路，所述激发光光源为LED光源，所述LED驱动电路与所述LED光源电性连接，以驱动所述LED光源发光和提供过流保护。
5.根据权利要求4所述的基于UVC传像的在体荧光显微镜镜头，其特征在于，还包括第二滤光片，所述第二滤光片设置在所述LED光源与所述光路转换镜之间，用于滤除LED光源中的杂散光。
6.根据权利要求5所述的基于UVC传像的在体荧光显微镜镜头，其特征在于，还包括消色差透镜，所述消色差透镜布置在所述第一滤光片与所述图像传感器之间，用于对从所述光路转换镜传向所述图像传感器的成像光的色差进行校正并将成像光传到所述图像传感器。
7.根据权利要求4所述的基于UVC传像的在体荧光显微镜镜头，其特征在于，所述LED光源为蓝光LED二极管，所述第一滤光片为绿色滤光片，所述第二滤光片为蓝色滤光片。
8.根据权利要求4所述的基于UVC传像的在体荧光显微镜镜头，其特征在于，所述图像传感器为CMOS图像传感器。
9.一种荧光显微镜，其特征在于，包括：
支架；以及
权利要求1至9中任一项所述的基于UVC传像的在体荧光显微镜镜头，所述激发光光源、所述光路转换镜、所述梯度折射物镜、所述图像传感器和所述UVC传像模块均安装于所述支架。
10.根据权利要求9所述的荧光显微镜，其特征在于，还包括上位机，所述上位机与所述UVC传像模块信号连接，用于基于接收到来自所述UVC传像模块的图像进行存储和/或分析，所述上位机与所述LED驱动电路电性连接，以为所述LED驱动电路供电。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20190830 |