CN112764211A - 一种显微成像装置及显微成像方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及显微成像装置技术领域，公开了一种显微成像装置及显微成像方法。显微成像装置包括载物台、相机单元、镜头单元和控制器。载物台用于放置待观察的样本。相机单元包括相机和相机驱动件，相机用于获取样本的显微图像，相机驱动件用于驱动相机沿成像光路移动以调整物像距d。镜头单元包括镜头和镜头驱动件，镜头置于载物台与相机之间，镜头驱动件用于驱动镜头沿成像光路移动以调整物距u和像距v，成像光路依次经过样本和镜头的镜片并到达相机。控制器控制相机驱动件驱动相机沿成像光路移动以及控制镜头驱动件驱动镜头沿成像光路移动以实现目标放大倍数。本发明简化了显微成像装置的结构，提高了装置的实用性与便携性，扩大了适用范围。

Description

一种显微成像装置及显微成像方法

技术领域

本发明涉及显微成像装置技术领域，公开了一种显微成像装置及显微成像方法。

背景技术

在生物、化学等领域中，显微镜得到广泛应用，显微镜通过物镜对样本进行放大成像，方便操作人员观察。在使用显微镜观察时，常常遇到需要变换放大倍率观察同一样本的情况。现有的显微镜中可采用变倍镜头来达到变化倍率的效果，但变倍镜头均需要改变物镜的结构，采用变倍镜头进行变倍时，通过移动变倍组和补偿组实现变倍，操作复杂，且选择到合适的放大倍率需要经过多次尝试，耗时较长，变倍稳定性差且价格高，变倍镜头的结构繁琐，便携性与实用性较差。

基于此，亟需一种显微成像装置及显微成像方法用来解决如上提到的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种显微成像装置，简化了显微成像装置的结构，提高了显微成像装置的实用性与便携性。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种显微成像装置，包括：

载物台，用于放置待观察的样本；

相机单元，包括相机和相机驱动件，所述相机用于获取所述样本的显微图像，所述相机驱动件用于驱动所述相机沿成像光路移动以调整物像距d；

镜头单元，包括镜头和镜头驱动件，所述镜头置于所述载物台与所述相机之间，所述镜头驱动件用于驱动所述镜头沿所述成像光路移动以调整物距u和像距v，所述成像光路依次经过所述样本和所述镜头的镜片并到达所述相机；

控制器，所述控制器用于控制所述相机驱动件驱动所述相机沿所述成像光路移动以及控制所述镜头驱动件驱动所述镜头沿所述成像光路移动以实现目标放大倍数。

作为一种显微成像装置的优选方案，所述显微成像装置还包括发光单元，所述发光单元用于向所述样本提供光源，所述光源发出的光的光路为所述成像光路。

作为一种显微成像装置的优选方案，所述显微成像装置还包括反射单元，所述反射单元包括反射镜，所述反射镜设置在所述镜头与所述相机之间的所述成像光路上，所述反射镜与竖直面呈角度设置，所述反射镜用于改变所述成像光路的角度。

作为一种显微成像装置的优选方案，所述反射单元还包括固定架和调节组件，所述反射镜连接于所述固定架，所述固定架与所述镜头单元和所述相机单元均连接，所述固定架上开设有入射孔和出射孔，所述调节组件能够调节所述反射镜相对所述固定架的角度，所述成像光路能够由所述入射孔入射至所述反射镜并经过所述反射镜的反射通过所述出射孔出射到达所述相机。

作为一种显微成像装置的优选方案，所述镜头单元还包括连接板，所述连接板上开设有第一通光孔，所述镜头与所述连接板的一侧间隔设置，所述固定架与所述连接板的另一侧固定连接；所述成像光路经过所述镜头后能够依次通过所述第一通光孔和所述入射孔到达所述反射镜。

作为一种显微成像装置的优选方案，所述相机单元还包括遮光箱，所述相机置于所述遮光箱内，所述相机驱动件固定在所述遮光箱上，所述遮光箱上开设有第二通光孔，所述固定架连接于所述遮光箱的外壁上，所述成像光路由所述反射镜反射后能够依次经过所述出射孔和所述第二通光孔到达所述相机。

作为一种显微成像装置的优选方案，所述显微成像装置还包括显示操作屏，所述显示操作屏与所述控制器电连接，所述显示操作屏用于输入所述目标放大倍数。

本发明的另一目的在于提供一种显微成像方法，简化了操作。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种显微成像方法，应用于如上所述的显微成像装置，包括：

获取目标放大倍率；

基于所述目标放大倍率及所述镜头的焦距f调整物像距d；

基于所述目标放大倍率及所述镜头的焦距f，沿所述成像光路移动所述镜头以调整物距u和像距v；

使所述光源沿所述成像光路照射所述样本，所述相机获取所述样本的显微图像。

作为一种显微成像方法的优选方案，其特征在于，所述目标放大倍率的范围为1倍～10倍。

作为一种显微成像方法的优选方案，所述镜头的MTF值不低于0.15。

作为一种显微成像方法的优选方案，根据如下公式：1/f＝1/u+1/v、m＝v/u和d＝u+v，确定所述目标放大倍率与所述物像距d之间的函数关系；

f为所述镜头的焦距，m为所述目标放大倍率；v为所述物距；u为所述像距；d为所述物像距。

作为一种显微成像方法的优选方案，根据如下公式：1/f＝1/u+1/v、m＝v/u和d＝u+v，确定所述物距u与所述像距v之间的函数关系；

f为所述镜头的焦距，m为所述目标放大倍率；v为所述物距；u为所述像距；d为所述物像距。

作为一种显微成像方法的优选方案，所述显微成像装置还包括第二载物台驱动件，所述第二载物台驱动件用于驱动所述载物台沿所述成像光路移动；所述显微成像方法中，调整所述物像距d的具体过程为：

通过沿所述成像光路移动所述载物台和/或所述相机以调整所述物像距d。

作为一种显微成像方法的优选方案，所述显微成像装置还包括反射单元，所述反射单元包括反射镜，所述反射镜设置在所述镜头与所述相机之间的所述成像光路上，所述反射镜与竖直面呈角度设置，所述反射镜用于改变所述成像光路的角度；显微成像方法中，具体为：所述光源发出的光沿所述成像光路照射至所述样本后，经所述反射单元改变所述成像光路的角度并到达所述相机。

作为一种显微成像方法的优选方案，所述目标放大倍率包括第一放大倍率和第二放大倍率，其中，所述第一放大倍率小于所述第二放大倍率，

采用所述第一放大倍率能够获取所述样本的第一显微图像，采用所述第二放大倍率能够获取所述样本的第二显微图像，

所述第一显微图像用于确定所述样本内细胞的数量/浓度，所述第二显微图像用于确定所述样本内细胞的活率。

本发明的有益效果：镜头作为物镜，根据目标放大倍率＝像距v/物距u，物像距d＝物距u+像距v，且1/焦距f＝1/像距v+1/物距u，当焦距f不变时，每选定一个目标放大倍率则可确定一个像距v、物距u以及物像距d，也就是说显微成像装置的放大倍率可通过控制器控制镜头驱动件来驱动镜头沿成像光路移动，以及通过控制器控制相机驱动件驱动相机沿成像光路移动以调整载物台和相机之间的距离从而调整物像距d实现，可通过不改变镜头的结构变换放大倍率，简化了镜头的结构，从而简化了显微成像装置的结构，提高了显微成像装置在结构上的紧凑性，提高了显微成像装置的实用性与便携性。设置控制器，也提高了自动化程度，提高了实用性。通过简化显微成像装置的内部结构，扩大了物距u与像距v的调节范围，扩大了显微成像装置的适用范围。并通过相机驱动件与镜头驱动件改变物距u、像距v和物像距d，提高了相机内的成像的清晰度，简化了倍率变化的操作。

附图说明

图1是本发明实施例提供的显微成像装置的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的显微成像装置部分结构示意图；

图3是本发明实施例提供的显微成像装置的随动组件、镜头单元、相机单元和反射单元的结构示意图；

图4是图3中隐去遮光箱的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的反射单元的爆炸图；

图6是本发明实施例提供的显微成像方法的步骤流程图。

图中：

1、光源；11、光源支架；

2、载物台；21、第一载物台驱动件；

3、镜头；31、镜头驱动件；32、连接板；321、第一通光孔；33、镜头固定架；331、第二滑槽；

4、反射单元；41、固定架；411、入射孔；412、出射孔；413、螺纹孔；42、镜片架；421、螺栓通孔；422、第二容纳槽；423、压紧环；43、调节螺栓；44、弹性件；45、反射镜；

5、相机；51、相机驱动件；52、遮光箱；521、第二通光孔；522、第一滑轨；523、第一滑槽；53、相机固定架；

61、随动连接板；611、固定板；612、第二滑轨；621、第三滑槽；622、第三滑轨；63、复位件；64、止挡件；

7、机架。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案做进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

本实施例提供了一种显微成像装置。具体地，如图1-图4所示，显微成像装置包括：载物台2、相机单元、镜头单元和控制器。载物台2用于放置待观察的样本。相机单元包括相机5和相机驱动件51，相机5用于获取样本的显微图像，相机驱动件51用于驱动相机5沿成像光路移动以调整物像距d。镜头单元包括镜头3和镜头驱动件31，镜头3置于载物台2与相机5之间，镜头驱动件31用于驱动镜头3沿成像光路移动以调整物距u和像距v，成像光路依次经过样本和镜头3的镜片并到达相机5。控制器用于控制相机驱动件51驱动相机5沿成像光路移动以及控制镜头驱动件31驱动镜头3沿成像光路移动以实现目标放大倍数。镜头3作为物镜，根据放大倍率＝像距v/物距u，物像距d＝物距u+像距v，且1/焦距f＝1/像距v+1/物距u，当焦距f不变时，每选定一个目标放大倍率则可确定一个像距v、物距u以及物像距d，也就是说显微成像装置的放大倍率可通过控制器控制镜头驱动件31来驱动镜头3沿成像光路移动，以及通过控制器控制相机驱动件51驱动相机5沿成像光路移动以调整载物台2和相机5之间的距离从而调整物像距d实现，可通过不改变镜头3的结构变换放大倍率，简化了镜头3的结构，从而简化了显微成像装置的结构，提高了显微成像装置在结构上的紧凑性，提高了显微成像装置的实用性与便携性。设置控制器，也提高了自动化程度，提高了实用性。通过简化显微成像装置的内部结构，扩大了物距u与像距v的调节范围，扩大了显微成像装置的适用范围。并通过相机驱动件51与镜头驱动件31改变物距u、像距v和物像距d，提高了相机5内的成像的清晰度，简化了倍率变化的操作。需要说明的是，控制器的内部结构与连线方式均为现有技术，在此不再赘述。

优选地，显微成像装置还包括发光单元。发光单元用于向样本提供光源1，光源1发出的光的光路为成像光路。设置光源1，能够提高相机5处成像的亮度，保证了成像的清晰程度，便于观察以及进一步处理。可以理解的是，光源1发出的光的光路依次经过样本和镜头3的镜片并到达相机5，也就是说，光源1与镜头3分别置于载物台2的两侧。在本实施例中，载物台2上开设有用于放置样本的样本放置孔，且样本放置孔与光源1和镜头3正对设置，光源1发出的光能够通过样本放置孔、样本和镜头3到达相机5。镜头3和相机5的结构均为现有技术，在此不再进行赘述。且在本实施例中的相机5采用CCD相机或CMOS相机。在其他实施例中，相机5还可根据实际需求选择其他种类，也可以在载物台2上设置用于固定样本的夹具，在此不作限定。

也就是说，镜头驱动件31能够驱动镜头3沿成像光路移动以改变物距u和像距v。可以理解的是，物距u为样本的物面与镜头3之间的距离，像距v为镜头3与相机5的感光面之间的距离。载物台2和相机5之间的距离可调，通过调整载物台2和相机5之间的距离调整物像距d，物像距d为样本的物面与相机5的感光面的距离；显微成像装置的放大倍率通过驱动镜头3沿成像光路移动以及调整载物台2和相机5之间的距离实现。在本实施例中，放大倍率指的是光学放大倍率。现有技术中，变倍镜头的变倍范围较小，通常在4～5倍左右，难以满足要求，比如不能获得样本更细的图像信息、低倍率下活率检测不精确等。本实施例提供的显微成像装置的成本低、光学变倍范围较大，可达10倍。需要说明的是，当载物台2静止且相机驱动件51带动相机5沿成像光路移动时，物像距d产生变化，可以理解的是，若此时镜头3静止，那么像距v也改变。当载物台2与相机5均静止时，物像距d不变，如此时镜头驱动件31带动镜头3沿成像光路移动时，则物距u和像距v改变。

具体地，如图1-图2所示，显微成像装置还包括机架7。载物台2、镜头单元和相机单元均设置在机架7上，机架7上还设有光源支架11，光源1固定在光源支架11上并置于载物台2的一侧。在本实施例中，载物台2水平置于机架7的顶面上，光源支架11呈L型，光源支架11包括竖板和横板，竖板的底端与机架7固定连接，竖板的顶端与横板连接，横板朝向载物台2的上方延伸并与光源1固定，也就是说光源1置于载物台2的上方，那么镜头3设置在载物台2的下方，镜头3与光源1之间的成像光路为竖直设置。此外，光源1可采用LED灯泡等作为发光体，在此不作限定。在其他实施例中，光源1还可以置于载物台2的下方，那么镜头3和相机5设置在载物台2的上方，在此不作限定。且光源支架11的竖板还可以为伸缩杆结构，可调节光源1与样本之间的距离，且伸缩杆的结构为现有技术，在此不再赘述。

进一步地，显微成像装置还包括第一载物台驱动件21。第一载物台驱动件21用于驱动载物台2垂直于成像光路移动，便于使用不同视野观察样本。设置第一载物台驱动件21便于观察样本的不同位置，提高了装置的实用性，也减少了操作人员触摸样本的次数，降低了人为因素对于样本的影响。在本实施例中，载物台2上平行设置有两个载物台滑槽，机架7上平行设置有两个载物台滑轨，载物台滑槽与载物台滑轨均沿水平设置，两个载物台滑槽与两个载物台滑轨一一对应滑动配合。第一载物台驱动件21为第一丝杠电机，第一丝杠电机固定在机架7上，具体第一丝杠电机的输出端连接于载物台2并能够驱动载物台2垂直于成像光路移动，即第一丝杠电机能够驱动载物台2在水平方向移动。在其他实施例中，第一载物台驱动件21还可以为气缸、电缸、液压缸等其他结构代替第一丝杠电机，在此不作限定。此外，第一丝杠电机还可设置为两个，两个第一丝杠电机的输出端均沿水平方向设置且二者相互垂直，增加了载物台2的位置调整的范围。在本实施例中，载物台2上可开设有多个用于固定样本的固定孔，便于固定样本，具体数量与形状根据实际需求适应性而定。

优选地，如图3-图5所示，显微成像装置还包括反射单元4。反射单元4包括反射镜45，反射镜45设置在镜头3与相机5之间的成像光路上，反射镜45与竖直面呈角度设置，反射镜45用于改变成像光路的角度。设置反射镜45，能够将成像光路的方向改变，缩短了显微成像装置的长度尺寸，提高了显微成像装置的结构紧凑程度。在本实施例中，反射单元4能够使穿过镜头3后沿竖直方向的成像光路经过反射镜45的反射后能够沿水平方向射出到达相机5。在其他实施例中，显微成像装置若无外形尺寸要求，还可以不设置反射单元4，简化结构。

具体地，如图3-图5所示，反射单元4还包括固定架41和调节组件。反射镜45连接于固定架41，固定架41与镜头单元和相机单元均连接，固定架41上开设有入射孔411和出射孔412，调节组件能够调节反射镜45相对固定架41的角度，成像光路能够由入射孔411入射至反射镜45并通过反射镜45的反射通过出射孔412出射到达相机5。设置调节组件能够根据成像光路的实际情况调整反射镜45的角度，保证了成像光路能够沿预设方向到达相机5，避免因反射镜45的装配误差等因素影响反射光线的角度，提高了成像效果。在本实施例中，调节组件用于调节反射镜45的角度，以保证沿竖直方向的成像光路经过反射镜45的反射后能够沿水平方向射出到达相机5。

在本实施例中，反射镜45固定在镜片架42上，镜片架42设置在固定架41的一端端面上，调节组件连接在镜片架42与固定架41之间。镜片架42上开设有安装通孔，反射镜45置于安装通孔内，安装通孔朝向固定架41一端的内壁上凸设有抵接环，反射镜45的一端抵接在抵接环上，另一端通过压紧环423将反射镜45抵紧在抵接环上，压紧环423设有外螺纹，安装孔的孔壁上设有内螺纹，压紧环423与安装孔螺接。固定架41为截面呈直角三角形的棱柱，入射孔411开设在其中一个直角边对应的第一侧壁上，出射孔412开设在另一个直角边对应的第二侧壁上，入射孔411的轴线与出射孔412的轴线相交于斜边对应的第三侧壁上，且入射孔411与出射孔412之间相互连通。此外，反射镜45呈圆形，其镜面的圆心与入射孔411的轴线和出射孔412的轴线的交点重合。镜片架42与第三侧壁对应设置，调节组件通过调节镜片架42与第三侧壁之间的角度，从而调节反射镜45相对固定架41的角度。在本实施例中，第三侧壁与竖直面之间的角度为45°。在其他实施例中，可根据实际的角度需求适应性改变第三侧壁与竖直面之间的角度，在此不作限定。

具体地，调节组件包括多个调节螺栓43。镜片架42上开设有螺栓通孔421，固定架41上开设有螺纹孔413，调节螺栓43的螺柱穿设螺栓通孔421并螺接于螺纹孔413。采用螺栓来实现调节角度，简化了结构，节省了空间，提高了结构的紧凑性。在本实施例中，调节螺栓43沿反射镜45的周向设置有三个。在其他实施例中，调节螺栓43的数量还可以适应性调整，在此不作限定。

优选地，固定架41上开设有第一容纳槽，镜片架42朝向固定架41的一端开设有第二容纳槽422，第一容纳槽与第二容纳槽422正对设置。反射单元4还包括弹性件44，弹性件44的一端抵接在第一容纳槽内，另一端抵接在第二容纳槽422内。在本实施例中，弹性件44为弹簧，弹簧易得，降低了成本，且进一步简化了结构。在其他实施例中，弹性件44还可为橡胶环或扭簧等，在此不作限定。此外，弹性件44沿反射镜45的周向设置有多个，保证镜片架42的复位效果。在本实施例中，弹簧设置有四个。可以理解的是，弹簧始终处于压缩状态，且固定架41与镜片架42通过调节螺栓43连接，弹簧的两端直接抵接在第一容纳槽与第二容纳槽422的槽底面上。

优选地，镜头驱动件31为第二丝杠电机，第二丝杠电机能够驱动镜头3，用于改变物距u和像距v，第二丝杠电机固定在机架7上，具体第二丝杠电机的输出端连接于镜头3并能够驱动镜头3沿成像光路移动，也就是说第二丝杠电机能够沿竖直方向驱动镜头3移动，调节镜头3与样本之间的成像光路的长度。在其他实施例中，镜头驱动件31还可以为气缸、电缸、液压缸等其他结构代替第二丝杠电机，在此不作限定。

优选地，镜头单元包括水平设置的镜头固定架33，镜头固定架33呈板状，其一端上开设有镜头固定孔，镜头3的镜筒外壁固定在镜头固定孔内，第二丝杠电机的输出端与镜头固定架33的另一端固定，通过镜头固定架33带动镜头3沿竖直方向移动。在其他实施例中，镜头单元还可包括第一位移传感器，第一位移传感器固定在镜头固定架33上，用于检测镜头固定架33带动镜头3移动的距离，且位移传感器的结构与原理均为现有技术，在此不再赘述。

优选地，如图4-图5所示，镜头单元还包括连接板32。连接板32上开设有第一通光孔321，镜头3与连接板32的一侧间隔设置，固定架41与连接板32的另一侧固定连接；成像光路经过镜头3后能够依次通过第一通光孔321和入射孔411到达反射镜45，反射单元4与镜头单元通过固定架41与连接板32固定连接，便于定位反射单元4，提高了装置内部的模块化程度，便于装配，节省了装配时间。在本实施例中，连接板32沿水平延伸且一侧与机架7连接，连接板32的另一侧竖直开设第一通光孔321，镜头固定架33间隔设置在连接板33的上方，且镜头固定孔与第一通光孔321正对。此外，固定架41的第一侧壁与连接板32通过螺栓连接。第二丝杠电机固定在连接板32的底部，且第二丝杠电机的输出端活动穿设于连接板32与镜头固定架33连接。

在本实施例中，相机驱动件51为第三丝杠电机，第三丝杠电机能够驱动相机5移动，用于改变像距v，具体第三丝杠电机的输出端连接于相机5并能够驱动相机5沿成像光路移动，通过镜头3竖直射向反射镜45的成像光路经过反射镜45的反射作用，沿水平方向射向相机5，也就是说相机5与反射镜45之间的成像光路呈水平方向，第三丝杠电机能够沿水平方向驱动相机5移动。在其他实施例中，相机驱动件51还可以为气缸、电缸、液压缸等其他结构代替第三丝杠电机，在此不作限定。

优选地，显微成像装置还设置有第二载物台驱动件，用于驱动载物台2上升或下降，即由于驱动载物台2沿成像光路移动。扩大了像距v的调整范围。在本实施例中，第二载物台驱动件为第四丝杠电机。在其他实施中，第二载物台驱动件还可以为气缸、电机或液压缸等结构代替第四丝杠电机，在此不作限定。可以理解的是，当调整像距v时，可同时启动第二载物台驱动件和相机驱动件51，也可仅启动第二载物台驱动件和相机驱动件51的其中之一，达到改变物像距d的目的。同理，当需要改变物距u和像距v时，可采用载物台2与相机5固定，仅通过调整镜头3实现改变物距u和像距v，或还可以同时调整载物台2、镜头3和相机5来改变物距u和像距v，在此不作限定。

优选地，相机单元还包括遮光箱52。相机5置于遮光箱52内，相机驱动件51固定在遮光箱52上，遮光箱52上开设有第二通光孔521，固定架41连接于遮光箱52的外壁上，成像光路由反射镜45反射后能够依次经过出射孔412和第二通光孔521到达相机5。设置遮光箱52，避免了其他光线影响相机5，提高了成像质量，保证了装置的功能性。在本实施例中，遮光箱52呈长方形，第二通光孔521沿水平方向开设。此外，相机单元还包括板状的相机固定架53，相机5固定在相机固定架53上。第三丝杠电机固定在遮光箱52的外壁上，第三丝杠电机的输出端活动穿设遮光箱52并与相机固定架53连接，并通过相机固定架53驱动相机5移动。在本实施例中，遮光箱52上设置有第一滑轨522，第一滑轨522沿水平方向设置，相机固定架53上开设有第一滑槽523，第一滑槽523与第一滑轨522之间滑动配合。在其他实施例中，相机单元还可包括第二位移传感器，第二位移传感器固定在相机固定架53上或遮光箱52内部，用于检测相机固定架53带动相机5移动的距离，且位移传感器的结构与原理均为现有技术，在此不再赘述。在其他实施例中，相机固定架53与遮光箱52之间还可以设置其他能够起到导向作用的结构，在此不作限定。

可以理解的是，固定架41的第二侧壁与遮光箱52连接，且出射孔412与第二通光孔521正对设置。反射单元4与相机单元通过固定架41与遮光箱52固定连接，便于定位相机单元，提高了装置内部的模块化程度，便于装配，节省了装配时间。在本实施例中，镜头单元、反射单元4与相机单元依次连接，结构紧凑，模块化程度高，也便于确定安装位置，减少了装配时间，降低了成本。

优选地，显微成像装置还包括随动组件。镜头单元与随动组件固定连接，随动组件能够带动镜头单元、相机单元和反射单元4同时靠近或远离样本。由于承载样本的载物耗材注塑而成，因注塑工艺实现的问题造成载物耗材的底部平整性不够，或因为人工装配工艺带来的误差，使得载物耗材底部的不同位置下的样本的成像最佳位置不一致，也就是说由于平面度误差，在载物耗材底部的不同位置下，样本的物面与镜头3之间的距离可能不同，导致物距u变化。基于以上原因，为了保证观察效果，且避免根据目标放大倍率调整完各个单元之间的距离后各个单元之间距离发生变化，即避免镜头3与样本之间的物距u改变，可以通过随动组件将镜头单元、相机单元和反射单元4同时靠近样本，或可以通过随动组件将镜头单元、相机单元和反射单元4同时远离样本，省去了同时调节各单元的操作，直接将镜头单元、相机单元和反射单元4同时靠近或远离样本，提高了显微成像装置的实用性。可以理解的是，由于本实施例中的光源1位于载物台2的上方，故载物耗材放置在载物台2的上表面，且载物耗材可为片状或杯状，在此不作限定。

优选地，随动组件包括随动连接板61和导向杆，导向杆固定设置并穿设于随动连接板61，随动连接板61能够沿导向杆滑动，镜头单元固定在随动连接板61上。可以理解的是，由于镜头单元、相机单元和反射单元4依次连接，故将镜头单元固定在随动连接板61上，在移动随动连接板61时就能够实现同时移动镜头单元、相机单元和反射单元4。在本实施例中，随动连接板61的一端开设有盲孔，导向杆置于盲孔内，使得随动连接板61能够沿着导向杆滑动。进一步地，导向杆沿竖直方向设置且导向杆的底部与机架7连接，也就是说，导向杆通过机架7固定设置。此外，镜头单元的连接板32与随动连接板61固定连接。

在本实施例中，导向杆底部设置有止挡件64和复位件63，止挡件64凸设在导向杆上，复位件63套设在导向杆61上，且复位件63的底端与止挡件64抵接，顶端与随动连接板61抵接。止挡件64呈块状固定在导向杆的底端端部，并与机架7之间可拆卸连接。在本实施例中，复位件63为弹簧。在其他实施例中，复位件63还可为橡胶环等结构，在此不作限定。

在本实施例中，随动连接板61上连接有固定板611，固定板上设置有第二滑轨612，第二滑轨612沿竖直方向设置，镜头固定架33上开设有第二滑槽331，第二滑槽331与第二滑轨612之间滑动配合。设置第二滑槽331和第二滑轨612，提高了镜头3沿成像光路移动的精度，保证了显微成像装置的功能性。此外，随动连接板61上设置有第三滑槽621，机架7上固定设有第三滑轨622，第三滑轨622沿竖直方向设置，第三滑槽621与第三滑轨622滑动配合。设置第三滑槽621和第三滑轨622，保证了随动组件仅能够带动镜头单元、相机单元和反射单元4沿竖直方向靠近或远离，防止偏离观察视野。

在本实施例中，显微成像装置还包括显示操作屏，显示操作屏与控制器电连接，显示操作屏用于输入目标放大倍数。操作人员可通过显示操作屏输入放大倍率，以使控制器控制各个驱动件驱动各个部件移动，以实现目标放大倍率。进一步地，显微成像装置还包括壳体，控制器设置在壳体内部，显示操作屏设置在壳体外部。第一丝杠电机、第二丝杠电机、第三丝杠电机和第四丝杠电机均与控制器电连接，操作人员通过显示操作屏输入放大倍率后，控制器能够控制第二丝杠电机、第三丝杠电机和第四丝杠电机运动，以沿成像光路调整镜头3、相机5和载物台2之间的距离。并在开始使用显微成像装置前或使用显微成像装置后，还可以通过控制器控制第一丝杠电机运动，沿垂直于成像光路的方向移动载物台2，以实现放置或收回样本。其中，显示操作屏、第一丝杠电机、第二丝杠电机、第三丝杠电机和第四丝杠电机与控制器可为有线连接或无线通讯连接，且上述连接方式及控制器的结构均为现有技术，在此不再进行赘述。

如图6所示，本实施例还提供了一种显微成像方法，应用于如上提到的显微成像装置。显微成像方法包括：

获取目标放大倍率；

基于目标放大倍率及镜头3的焦距f调整物像距d；

基于目标放大倍率及镜头3的焦距f，沿成像光路移动镜头3以调整物距u和像距v；

使光源1沿成像光路照射样本，相机5获取样本的显微图像。

通过目标放大倍率驱动物像距d，再调整物距u和像距v，在已经确定好距离的样本与相机5之间调整镜头3的相对位置，能够减少镜头3的调整次数，简化了操作，提高了实用性。

可以理解的是，物距u为样本的物面与镜头3之间的距离，像距v为镜头3与相机5的感光面之间的距离，物像距d为样本的物面与相机5的感光面之间的距离。

具体地，目标放大倍率的范围为1倍～10倍。在本实施例中，目标放大倍率包括第一放大倍率和第二放大倍率，其中，第一放大倍率小于第二放大倍率，采用第一放大倍率能够获取样本的第一显微图像，采用第二放大倍率能够获取样本的第二显微图像，第一显微图像用于确定样本内细胞的数量与浓度，第二显微图像用于确定样本内细胞的活率。若在同一倍率下计算分析细胞的活率和浓度，易造成结果偏差。如果放大的倍率偏小，死、活细胞染色就会存在区分不明显的情况，从而影响对细胞死活的判断；同样，如果在高倍率下分析细胞浓度，往往因为人为的加样偏差以及系统偏差等，且高倍率下的观察视野较小，造成在不同视野下分析得到的细胞浓度结果产生较大的偏差。

在使用本实施例提供的显微成像装置检测细胞浓度和活率时，操作人员通过显示操作屏输入第一放大倍率与第二放大倍率，其中第一放大倍率＜第二放大倍率，还可通过显示操作屏输入对应第一放大倍率的实验类型为浓度检测以及对应第二放大倍率的实验类型为活率检测。随后可采用先在第一放大倍率下获取样本的第一显微图像，检测细胞浓度，再变换到第二放大倍率下获取样本的第二显微图像，检测细胞活率；更换视野，多次重复如上操作，取平均值分别计算细胞浓度和活率。还可采用同时在第一放大倍率下获取多个视野下的样本的第一显微图像，检测细胞浓度，并取平均值，再同时在第二放大倍率下获取多个视野下的样本的第二显微图像，检测细胞活率，并取平均值，在此不作限定。

具体地，在不同的放大倍率下，镜头3的MTF值(Modulation Transfer Function，对比度转换函数)不低于0.15，保证了成像质量。

可以理解的是，显微成像装置还包括第二载物台驱动件，第二载物台驱动件用于驱动载物台2沿成像光路移动。显微成像方法中，调整物像距d的具体过程为：通过沿成像光路移动样本和/或相机5调整物像距d。具体通过第二载物台驱动件与相机驱动件51分别实现移动样本与相机5。

由于本实施例中的显微成像装置还包括反射单元4，反射单元4包括反射镜45，反射镜45设置在镜头3与相机5之间的成像光路上，反射镜45与竖直面呈角度设置，反射镜45用于改变成像光路的角度。进一步地，显微成像方法中，具体为：光源1发出的光沿成像光路照射至样本后，经反射单元4改变成像光路的角度并到达相机5。

为了便于确定物像距d，根据如下公式：1/f＝1/u+1/v、m＝v/u和d＝u+v，确定目标放大倍率与物像距d之间的函数关系，改变目标放大倍率时，可基于函数关系得到物像距d的大小；其中，f为镜头3的焦距，m为目标放大倍率；v为物距；u为像距；d为物像距。

为了便于确定物距u和像距v，根据如下公式：1/f＝1/u+1/v、m＝v/u和d＝u+v，确定物距u与像距v之间的函数关系，改变物距u时，基于函数关系可得到像距v；f为镜头3的焦距，m为目标放大倍率；v为物距；u为像距；d为物像距。

本实施例中使用的镜头3的焦距f为10.2mm，根据上述公式，可得到理论上的数值：当目标放大倍率为4.6时，可得到物像距d为69.54mm近似为70mm，则物距u为12.5mm，像距v为57.5mm；当目标放大倍率为6.6时，可得到物像距d为89.26mm近似为90mm，则物距u为11.8mm，像距v为77.88mm；当目标放大倍率为8.6时，可得到物像距d为109.3mm近似为110mm，则物距u为11.45mm，像距v为98.47mm。

但当确定一个目标放大倍率时，由于镜头3为圆筒状，中心轴沿成像光路延伸，而且实际上操作时，往往测量镜头3朝向样本一端的镜片与样本之间的以及镜头3朝向相机5一端的镜片与相机5之间的第二距离L2较为方便。进一步地，在测试显微成像装置在目标放大倍率下的第一距离L1和第二距离L2之间的函数关系，可至少根据两组第一距离L1与第二距离L2的数据，拟合得到第一距离L1与第二距离L2之间的函数关系，便于显微成像装置的实际使用。镜头3的焦距f为10.2mm，当目标放大倍率为4.6时，第一距离L1为8.35mm，第二距离L2为52.59mm；当目标放大倍率为6.6时，第一距离L1为7.67mm，第二距离L2为73.26mm；当目标放大倍率为8.6时，第一距离L1为7.32mm，第二距离L2为93.61mm。

同理，在测试显微成像装置在目标放大倍率下，为了得到物像距d的实际数值与目标放大倍率之间的函数关系，可至少根据两组目标放大倍率与物像距d的实际数值的数据，拟合得到目标放大倍率与物像距d的实际数值之间的函数关系，便于显微成像装置的实际使用。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种显微成像装置，其特征在于，包括：

载物台(2)，用于放置待观察的样本；

相机单元，包括相机(5)和相机驱动件(51)，所述相机(5)用于获取所述样本的显微图像，所述相机驱动件(51)用于驱动所述相机(5)沿成像光路移动以调整物像距d；

镜头单元，包括镜头(3)和镜头驱动件(31)，所述镜头(3)置于所述载物台(2)与所述相机(5)之间，所述镜头驱动件(31)用于驱动所述镜头(3)沿所述成像光路移动以调整物距u和像距v，所述成像光路依次经过所述样本和所述镜头(3)的镜片并到达所述相机(5)；

控制器，所述控制器用于控制所述相机驱动件(51)驱动所述相机(5)沿所述成像光路移动以及控制所述镜头驱动件(31)驱动所述镜头(3)沿所述成像光路移动以实现目标放大倍数。

2.根据权利要求1所述的显微成像装置，其特征在于，所述显微成像装置还包括发光单元，所述发光单元用于向所述样本提供光源(1)，所述光源(1)发出的光的光路为所述成像光路。

3.根据权利要求2所述的显微成像装置，其特征在于，所述显微成像装置还包括反射单元(4)，所述反射单元(4)包括反射镜(45)，所述反射镜(45)设置在所述镜头(3)与所述相机(5)之间的所述成像光路上，所述反射镜(45)与竖直面呈角度设置，所述反射镜(45)用于改变所述成像光路的角度。

4.根据权利要求3所述的显微成像装置，其特征在于，所述反射单元(4)还包括固定架(41)和调节组件，所述反射镜(45)连接于所述固定架(41)，所述固定架(41)与所述镜头单元和所述相机单元均连接，所述固定架(41)上开设有入射孔(411)和出射孔(412)，所述调节组件能够调节所述反射镜(45)相对所述固定架(41)的角度，所述成像光路能够由所述入射孔(411)入射至所述反射镜(45)并经过所述反射镜(45)的反射通过所述出射孔(412)出射到达所述相机(5)。

5.根据权利要求4所述的显微成像装置，其特征在于，所述镜头单元还包括连接板(32)，所述连接板(32)上开设有第一通光孔(321)，所述镜头(3)与所述连接板(32)的一侧间隔设置，所述固定架(41)与所述连接板(32)的另一侧固定连接；所述成像光路经过所述镜头(3)后能够依次通过所述第一通光孔(321)和所述入射孔(411)到达所述反射镜(45)。

6.根据权利要求5所述的显微成像装置，其特征在于，所述相机单元还包括遮光箱(52)，所述相机(5)置于所述遮光箱(52)内，所述相机驱动件(51)固定在所述遮光箱(52)上，所述遮光箱(52)上开设有第二通光孔(521)，所述固定架(41)连接于所述遮光箱(52)的外壁上，所述成像光路由所述反射镜(45)反射后能够依次经过所述出射孔(412)和所述第二通光孔(521)到达所述相机(5)。

7.根据权利要求2所述的显微成像装置，其特征在于，所述显微成像装置还包括显示操作屏，所述显示操作屏与所述控制器电连接，所述显示操作屏用于输入所述目标放大倍数。

8.一种显微成像方法，应用于如权利要求2-7任一项所述的显微成像装置，其特征在于，包括：

获取目标放大倍率；

基于所述目标放大倍率及所述镜头(3)的焦距f调整物像距d；

基于所述目标放大倍率及所述镜头(3)的焦距f，沿所述成像光路移动所述镜头(3)以调整物距u和像距v；

使所述光源(1)沿所述成像光路照射所述样本，所述相机(5)获取所述样本的显微图像。

9.根据权利要求8所述的显微成像方法，其特征在于，所述目标放大倍率的范围为1倍～10倍。

10.根据权利要求8所述的显微成像方法，其特征在于，所述镜头(3)的MTF值不低于0.15。

11.根据权利要求8所述的显微成像方法，其特征在于，根据如下公式：1/f＝1/u+1/v、m＝v/u和d＝u+v，确定所述目标放大倍率与所述物像距d之间的函数关系；

f为所述镜头(3)的焦距，m为所述目标放大倍率；v为所述物距；u为所述像距；d为所述物像距。

12.根据权利要求8所述的显微成像方法，其特征在于，根据如下公式：1/f＝1/u+1/v、m＝v/u和d＝u+v，确定所述物距u与所述像距v之间的函数关系；

f为所述镜头(3)的焦距，m为所述目标放大倍率；v为所述物距；u为所述像距；d为所述物像距。

13.根据权利要求8所述的显微成像方法，其特征在于，所述显微成像装置还包括第二载物台驱动件，所述第二载物台驱动件用于驱动所述载物台(2)沿所述成像光路移动；所述显微成像方法中，调整所述物像距d的具体过程为：

通过沿所述成像光路移动所述载物台(2)和/或所述相机(5)以调整所述物像距d。

14.根据权利要求8所述的显微成像方法，其特征在于，所述显微成像装置还包括反射单元(4)，所述反射单元(4)包括反射镜(45)，所述反射镜(45)设置在所述镜头(3)与所述相机(5)之间的所述成像光路上，所述反射镜(45)与竖直面呈角度设置，所述反射镜(45)用于改变所述成像光路的角度；显微成像方法中，具体为：所述光源(1)发出的光沿所述成像光路照射至所述样本后，经所述反射单元(4)改变所述成像光路的角度并到达所述相机(5)。

15.根据权利要求8所述的显微成像方法，其特征在于，所述目标放大倍率包括第一放大倍率和第二放大倍率，其中，所述第一放大倍率小于所述第二放大倍率，

采用所述第一放大倍率能够获取所述样本的第一显微图像，采用所述第二放大倍率能够获取所述样本的第二显微图像，

所述第一显微图像用于确定所述样本内细胞的数量/浓度，所述第二显微图像用于确定所述样本内细胞的活率。

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