CN112379512B - 一种全自动数字切片扫描仪的光学系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种全自动数字切片扫描仪的光学系统，包括处于同一光轴的物镜和成像镜头，特点是成像镜头由固定的第一成像镜头和可移出光轴的第二成像镜头组成，当第二成像镜头移出光轴时，整个光学系统为一倍光学系统；当第二成像镜头移进光轴时，整个光学系统为二倍光学系统，优点在于通过第二成像镜头移出或移进光轴，可方便地实现一倍光学系统和二倍光学系统的切换。
Description
技术领域
本发明涉及一种全自动数字切片扫描仪，尤其是涉及一种全自动数字切片扫描仪的光学系统。
背景技术
传统的基于病理切片的检测、研究以及诊断等均是将病理切片置于显微镜载物台上，通过人工操作观察拍照，传统显微镜观察法耗时费力效率低，很难为科研提供全面准确、科学客观的信息。所以近年来，随着计算机技术的飞速发展，病理图像的数字化采集应用已成为一种趋势。全自动数字切片扫描仪突破传统方式，能对病理切片进行自动聚焦。一次性完成多张病理切片的扫描，不仅工作效率高，且所获图像分辨率高，图像质量均匀，操作灵活简便，极大减轻了医务劳动者的工作量。数字化的病理切片易保存、易传输，不仅便于医学观察和远程会诊，更为医学教学提供了方便。而数字显微成像光学系统是全自动数字切片扫描仪的一个重要组成部分，它的作用是将生物光学显微镜数字化，不再将人眼束缚于目镜上，而是改在显示器上观察切片的图像。
现有的全自动数字切片扫描仪已实现过程全自动化：即自动送片、自动调焦、自动移动平台等。但是如何进一步提高扫描图像的视场、分辨率和像质，减小成像系统的结构长度以及加入二倍光学系统是目前切片扫描仪研究的技术热点之一。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种全自动数字切片扫描仪的光学系统，具有高分辨能力、大视场、小畸变、复消色差性能。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种全自动数字切片扫描仪的光学系统，包括处于同一光轴的物镜和成像镜头，所述的成像镜头由固定的第一成像镜头和可移出光轴的第二成像镜头组成，当所述的第二成像镜头移出光轴时，整个光学系统为一倍光学系统；当所述的第二成像镜头移进光轴时，整个光学系统为二倍光学系统。
所述的第一成像镜头由第一镜组与第二镜组组成，所述的第二成像镜头由第三镜组与第四镜组组成，所述的第一镜组为组合焦距115mm的双胶合透镜，所述的第二镜组为组合焦距400mm的双胶合透镜，所述的第三镜组为组合焦距200mm的双胶合透镜，所述的第四镜组为组合焦距-32.9mm的双胶合透镜，整个光学系统的物象共轭距，即系统总长为286.3mm，其中所述的第一镜组与所述的第二镜组空气间距为40mm，所述的第二镜组与所述的第三镜组空气间距为3.3mm，所述的第三镜组与所述的第四镜组空气间距为64mm。
所述的第一镜组由第一透镜和第二透镜组成，所述的第二镜组由第三透镜和第四透镜组成，所述的第三镜组由第五透镜和第六透镜组成，所述的第四镜组由第七透镜和第八透镜组成，所述的第一透镜、所述的第三透镜和所述的第五透镜是具有负光焦度并弯向像面的弯月透镜，所述的第二透镜、所述的第四透镜、所述的第六透镜和所述的第八透镜是具有正光焦度并弯向像面的弯月透镜，所述的第七透镜是双凹负透镜。
所述的第四透镜与所述的第五透镜之间设置有光阑。
所述的物镜与所述的第一成像镜头之间设置有反光镜，所述的反光镜将所述的物镜出射的光线折转后进入所述的第一成像镜头。
与现有技术相比，本发明的优点在于通过第二成像镜头移出或移进光轴，可方便地实现一倍光学系统和二倍光学系统的切换；此外，本发明特定的透镜组合可以实现大视场和高分辨率，像面的线视场可达29mm，满足大靶面尺寸CCD的需求；放大倍数可在28倍和56倍之间切换；分辨率可达0.21m；二倍系统切入时像面视场及像质不变；使用反光镜可以在满足以上多种要求的前提下，实现了机械结构紧凑、外形尺寸小的效果，能够准确、高灵敏地获取待测病理切片释放的光信号，扫描图像准确、效率高，具有优良的扫描品质、简单便利的操作性和良好的系统整合性等优点。
附图说明
图1为本发明全自动数字切片扫描仪的结构示意图；
图2为本发明成像镜头的结构示意图；
图3-1为本发明实施例具体示例的光学系统的第一成像镜头的球差曲线图；
图3-2为本发明实施例具体示例的光学系统的第一成像镜头的象散场曲图；
图3-3为本发明实施例具体示例的光学系统的第一成像镜头的畸变曲线图；
图4-1为本发明实施例具体示例的光学系统的第二成像镜头的球差曲线图；
图4-2为本发明实施例具体示例的光学系统的第二成像镜头的象散场曲图；
图4-3为本发明实施例具体示例的光学系统的第二成像镜头的畸变曲线图；本发明的光学系统的成像质量满足复消色差要求，
图5-1为本发明实施例具体示例的光学系统的第一成像镜头的MTF曲线图；
图5-2为本发明实施例具体示例的光学系统的第二成像镜头的MTF曲线图；
图6-1为本发明实施例具体示例的光学系统的第一成像镜头的RMS视场图；
图6-2为本发明实施例具体示例的光学系统的第二成像镜头的RMS视场图；
图7-1为本发明实施例具体示例的光学系统的第一成像镜头的光线像差曲线图；
图7-2为本发明实施例具体示例的光学系统的第二成像镜头的光线像差曲线图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例：如图1所示，1为待测病理切片，2为物镜，3为反光镜，4为第一成像镜头，5为第二成像镜头，6为CCD相机，其中待测病理切片1、物镜2、反光镜3依次位于同一中心线上，反光镜反射光线方向依次设置第一成像镜头4、第二成像镜头5和CCD相机6，光学系统的工作波长为587.56nm或486.13nm或656.27nm。
全自动数字切片扫描仪的光学系统，包括处于同一光轴的物镜2、固定的第一成像镜头4和可移出光轴的第二成像镜头5组成，当第二成像镜头5移出光轴时，整个光学系统为一倍光学系统；当第二成像镜头5移进光轴时，整个光学系统为二倍光学系统。
第一成像镜头4由第一镜组G1与第二镜组G2组成，第二成像镜头5由第三镜组G3与第四镜组G4组成，第一镜组G1为组合焦距115mm的双胶合透镜，由第一透镜L1和第二透镜L2组成，第一透镜L1是具有负光焦度并弯向像面的弯月透镜，第二透镜L2是具有正光焦度并弯向像面的弯月透镜，第二镜组G2为组合焦距400mm的双胶合透镜，由第三透镜L3和第四透镜L4组成，第三透镜L3是具有负光焦度并弯向像面的弯月透镜，第四透镜L4是具有正光焦度并弯向像面的弯月透镜，第三镜组G3为组合焦距200mm的双胶合透镜，由第五透镜L5和第六透镜L6组成，第五透镜L5是具有负光焦度并弯向像面的弯月透镜，第六透镜L6是具有正光焦度并弯向像面的弯月透镜，第四镜组G4为组合焦距-32.9mm的双胶合透镜，由第七透镜L7和第八透镜L8组成，第七透镜L7是双凹负透镜，第八透镜L8是具有正光焦度并弯向像面的弯月透镜，第四透镜L4与第五透镜L5之间设置有光阑G，整个光学系统的物象共轭距，即系统总长为286.3mm，物方数值孔径为0.04，像方视场为Φ29mm，其中第一镜组G1与第二镜组G2空气间距为40mm，第二镜组G2与第三镜组G3空气间距为3.3mm，第三镜组G3与第四镜组G4空气间距为64mm。
本实施例中，所有八块透镜全部采用成都光明公司的玻璃，共选用8种牌号的玻璃材料，第一透镜L1选用ZF6玻璃，第二透镜L2选用K9玻璃，第三透镜L3选用FK61玻璃，第四透镜L4选用LAF7玻璃，第五透镜L5选用QK3玻璃，第六透镜L6选用ZLAF50玻璃，第七透镜L7选用TF3玻璃，第八透镜L8选用K6玻璃。
下表为一个具体示例的光学系统的设计数据。
从图3-1～图4-3的球差曲线图、象散场曲图和畸变曲线图可以看出，示例的光学系统的成像质量满足复消色差要求。从图5-1～图5-2的MTF曲线图可以看出，示例的光学系统的成像质量满足高分辨率要求。从图6-1～图6-2的RMS视场图可以看出，示例的光学系统的视场内RMS波相差最大为0.064nm，这反映了光学系统的成像质量接近完善成像。从图7-1～图7-2的光线像差曲线图可以看出，示例的光学系统的像差得到了较好的校正。
Claims (3)
1.一种全自动数字切片扫描仪的光学系统，包括处于同一光轴的物镜和成像镜头，所述的成像镜头由固定的第一成像镜头和可移出光轴的第二成像镜头组成，当所述的第二成像镜头移出光轴时，整个光学系统为一倍光学系统；当所述的第二成像镜头移进光轴时，整个光学系统为二倍光学系统，其特征在于所述的第一成像镜头由第一镜组与第二镜组组成，所述的第二成像镜头由第三镜组与第四镜组组成，所述的第一镜组为组合焦距115mm的双胶合透镜，所述的第二镜组为组合焦距400mm的双胶合透镜，所述的第三镜组为组合焦距200mm的双胶合透镜，所述的第四镜组为组合焦距-32.9mm的双胶合透镜，整个光学系统的物象共轭距，即系统总长为286.3mm，其中所述的第一镜组与所述的第二镜组空气间距为40mm，所述的第二镜组与所述的第三镜组空气间距为3.3mm，所述的第三镜组与所述的第四镜组空气间距为64mm，所述的第一镜组由第一透镜和第二透镜组成，所述的第二镜组由第三透镜和第四透镜组成，所述的第三镜组由第五透镜和第六透镜组成，所述的第四镜组由第七透镜和第八透镜组成，所述的第一透镜、所述的第三透镜和所述的第五透镜是具有负光焦度并弯向像面的弯月透镜，所述的第二透镜、所述的第四透镜、所述的第六透镜和所述的第八透镜是具有正光焦度并弯向像面的弯月透镜，所述的第七透镜是双凹负透镜。
2.如权利要求1所述的一种全自动数字切片扫描仪的光学系统，其特征在于所述的第四透镜与所述的第五透镜之间设置有光阑。
3.如权利要求1所述的一种全自动数字切片扫描仪的光学系统，其特征在于所述的物镜与所述的第一成像镜头之间设置有反光镜，所述的反光镜将所述的物镜出射的光线折转后进入所述的第一成像镜头。
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