CN117539035B - 细胞工厂生物反应器侧面观察方法及镜头 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种细胞工厂生物反应器侧面观察方法及镜头，属于生物反应器技术领域。解决了现有技术中细胞工厂生物反应器在倾斜的情况下，观察窗口小、物面的后面有一堆叠层等问题。本发明的镜头，包括自相侧至物侧依次设置的：第一透镜，第二透镜，光阑，第三透镜，第四透镜，第五透镜，第六透镜和第七透镜。该镜头结构形式简单，加工性好，具备较好的量产性，成本低，能够在细胞工厂生物反应器倾斜的情况下，增大其观察窗口，实现对上一层培养皿底面上贴壁生长的细胞进行观测，提高了疫苗等生物药物企业的生产效益。
Description
技术领域
本发明涉及一种细胞工厂生物反应器侧面观察方法及镜头，属于生物反应器技术领域。
背景技术
生物反应器是利用酶或生物体（如微生物）所具有的生物功能，在体外进行生化反应的系统。在酒类、医药生产、浓缩果酱、果汁发酵、有机污染物降解方面有重要应用。
现有技术中的细胞工厂生物反应器，由于结构限制，需要在侧面进行观察。但细胞不是长在细胞工厂生物反应器的侧面，而是在细胞工厂生物反应器每一层底部进行生长，故而观察细胞工厂生物反应器每一层的细胞时，会出现物面的后面有一堆叠层以及观察窗口只有上面很小的空气层的问题。
此外，现有技术中的细胞工厂生物反应器在从侧面进行观察时，只能看见中间一条线形的清晰区域，观察窗口很小，且由于物面和光轴倾斜、多层隔板的影响，导致线形的窗口也不清晰。
发明内容
有鉴于此，本发明为解决现有技术中细胞工厂生物反应器在倾斜的情况下，其观察窗口小、物面的后面有一堆叠层等问题，提出一种细胞工厂生物反应器侧面观察方法及镜头。
本发明解决上述技术问题采取的技术方案如下。
本发明提供一种细胞工厂生物反应器侧面观察镜头，包括自相侧至物侧依次设置的：
第一透镜，其具有正光焦度；
第二透镜，其具有负光焦度且与所述第一透镜组成粘合透镜，为双胶合透镜；
光阑（STO），其与所述第二透镜间隔设置并用于限制光束口径；
第三透镜，其具有正光焦度且与所述光阑STO间隔设置；
第四透镜，其具有正光焦度且与所述第三透镜组成粘合透镜，为双胶合透镜；
第五透镜，其具有正光焦度与所述第四透镜间隔设置；
第六透镜，其具有负光焦度且与所述第五透镜组成粘合透镜，为双胶合透镜；
第七透镜，其具有正光焦度且与所述第六透镜间隔设置。
进一步的，所述第一透镜朝向物侧的一面为凹面，朝向像侧的一面为凸面；
所述第二透镜朝向物侧的一面为凹面，朝向像侧的一面为凸面；
所述第三透镜朝向物侧的一面为凹面，朝向像侧的一面为凸面；
所述第四透镜为双凸；
所述第五透镜朝向物侧的一面为凹面，朝向像侧的一面为凸面；
所述第六透镜为双凸透镜；
所述第七透镜朝向物侧的一面为平面，朝向像侧的一面为凸面。
进一步的，所述细胞工厂生物反应器侧面观察镜头满足以下关系式：
2.5<f1-2/f<4.5；
0.5<f3-4/f<3；
2<f5-6/f<4；
-1<f7/f<2；
3<TL/f<5.5；
其中，f为该镜头的焦距，f1-2为第一透镜和第二透镜的组合焦距，f3-4为第三透镜和第四透镜的组合焦距，f5-6为第五透镜和第六透镜的组合焦距，f7为第七透镜的焦距，TL为该镜头的总体长度。
进一步的，所述细胞工厂生物反应器侧面观察镜头满足以下关系式：
Nd1≥1.6；
Nd2≤1.7；
Nd3≤1.7；
Nd4≥1.6；
Nd5≥1.6；
Nd6≤1.7；
其中，Nd1为第一透镜的折射率，Nd2为第二透镜的折射率，Nd3为第三透镜的折射率，Nd4为第四透镜的折射率，Nd5为第五透镜的折射率，Nd6为第六透镜的折射率，Nd7为第七透镜的折射率。
进一步的，所述细胞工厂生物反应器侧面观察镜头满足以下关系式：
Vd1≥30；
Vd2≤50；
Vd3≤50；
Vd4≥30；
Vd5≤30；
Vd6≥50；
Vd7≥50；
其中，Vd1为第一透镜的色散系数，Vd2为第二透镜的色散系数，Vd3为第三透镜的色散系数，Vd4为第四透镜的色散系数，Vd5为第五透镜的色散系数，Vd6为第六透镜的色散系数，Vd7为第七透镜的色散系数。
进一步的，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜均采用玻璃材质或树脂材质。
进一步的，所述第一透镜的前侧从前至后依次设置有保护玻璃、滤光片和柱透镜。
更进一步的，所述柱透镜为玻璃平板，折射率≤1.6，色散系数≥50，焦平面在无限远处。
本发明还提供采用上述细胞工厂生物反应器侧面观察镜头观察细胞工厂生物反应器的方法，是在细胞工厂生物反应器观察镜头后侧设置细胞工厂生物反应器。
进一步的，采用细胞工厂生物反应器观察镜头从下至上斜45°观察细胞工厂生物反应器。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明的细胞工厂生物反应器侧面观察镜头，能够在细胞工厂生物反应器倾斜的情况下，增大其观察窗口，并解决物面的后面有一堆叠层的问题，实现对上一层培养皿底面上贴壁生长的细胞进行观测，且镜头结构形式简单，加工性好，具备较好的量产性，成本低，提高了疫苗等生物药物企业的生产效益。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明的细胞工厂生物反应器侧面观察镜头示意图；
图2为本发明的细胞工厂生物反应器侧面观察镜头前侧的保护玻璃、滤光片和柱透镜的结构示意图；
图3为模拟的经过细胞培养的细胞工厂反应器的结构示意图；
图4为本发明的细胞工厂生物反应器侧面观察镜头的使用示意图；
图5为本发明实施例1的细胞工厂生物反应器侧面观察镜头的MTF曲线图；
图6为本发明实施例1的细胞工厂生物反应器侧面观察镜头各视场在指定频率下的MTF曲线图；
图7为本发明实施例1的细胞工厂生物反应器侧面观察镜头的畸变曲线图；
图8为本发明实施例1的细胞工厂生物反应器侧面观察镜头的相对照度曲线图；
图9为本发明实施例1的细胞工厂生物反应器侧面观察镜头的点列图；
图10为本发明实施例1的细胞工厂生物反应器侧面观察镜头采集到的图片；左图和右图分别为侧面观察镜头采集到的细胞工厂生物反应器第三层和第六层的CHO细胞图片；
图11为现有技术中细胞工厂生物反应器侧面观察镜头采集到的图片；左图和右图分别为侧面观察镜头采集到的细胞工厂生物反应器第三层和第六层的CHO细胞图片；
附图标记：
1、第一透镜，2、第二透镜，3、光阑STO，4、第三透镜，5、第四透镜，6、第五透镜，7、第六透镜，8、第七透镜，9、保护玻璃，10、滤光片，11、柱透镜，12、细胞工厂生物反应器。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件，而不是对本发明权利要求的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的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。
本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、组合等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
如图1和图4所示，本发明的一种细胞工厂生物反应器侧面观察镜头，包括自相侧至物侧依次设置的：第一透镜1，其具有正光焦度；第二透镜2，其具有负光焦度且与所述第一透镜1组成粘合透镜，为双胶合透镜；光阑3（STO），其与所述第二透镜2间隔设置并用于限制光束口径；第三透镜4，其具有正光焦度且与所述光阑STO间隔设置；第四透镜5，其具有正光焦度且与所述第三透镜4组成粘合透镜，为双胶合透镜；第五透镜6，其具有正光焦度与所述第四透镜5间隔设置；第六透镜7，其具有负光焦度且与所述第五透镜6组成粘合透镜，为双胶合透镜；第七透镜8，其具有正光焦度且与所述第六透镜7间隔设置。
本发明通过设置不同结构的透镜组合，并合理分配各个透镜的光焦度，实现了对细胞工厂生物反应器每一层的侧面进行观察。解决了在倾斜的情况下物面的后面有一堆叠层以及观察窗口的减小，观察窗口只有上面很小的空气层等问题。
在本发明中，第一透镜1朝向物侧的一面为凹面，朝向像侧的一面为凸面；第二透镜2朝向物侧的一面为凹面，朝向像侧的一面为凸面；第三透镜4朝向物侧的一面为凹面，朝向像侧的一面为凸面；第四透镜5为双凸透镜；第五透镜6朝向物侧的一面为凹面，朝向像侧的一面为凸面；第六透镜7为双凸透镜；第七透镜8朝向物侧的一面为平面，朝向像侧的一面为凸面。
本发明的镜头结构形式简单，镜片加工性好，具备较好的量产性，降低镜头成本低。
在本发明中，优选镜头满足以下关系式：
2.5<f1-2/f<4.5；
0.5<f3-4/f<3；
2<f5-6/f<4；
-1<f7/f<2；
3<TL/f<5.5；
其中，f为该镜头的焦距，f1-2为第一透镜1和第二透镜2的组合焦距，f3-4为第三透镜4和第四透镜5的组合焦距，f5-6为第五透镜6和第六透镜7的组合焦距，f7为第七透镜8的焦距，TL为该镜头的总体长度。
本发明的镜头中各透镜光焦度具有合理的分配比例，有利于校正镜头彗差、畸变以及垂轴色差，有助于提高镜头解像能力的同时，还能降低零件敏感度，提升良品率，降低生产成本；光阑3位于第二透镜2和第三透镜4之间，第二透镜2和第三透镜4与光阑3相隔距离很小，且第二透镜2和第三透镜4靠近光阑3的表面均弯向光阑面，有利于减小光线入射到第二透镜2和第三透镜4表面的角度，有利于校正镜头球差和彗差，实现高清解像能力；第七透镜8具有正的光焦度，且靠近像面的表面为凸面，可以减小主光线在像面上的入射角，有利于提高相对照度。
在本发明中，优选镜头满足以下关系式：
Nd1≥1.6；
Nd2≤1.7；
Nd3≤1.7；
Nd4≥1.6；
Nd5≥1.6；
Nd6≤1.7；
其中，Nd1为第一透镜1的折射率，Nd2为第二透镜2的折射率，Nd3为第三透镜4的折射率，Nd4为第四透镜5的折射率，Nd5为第五透镜6的折射率，Nd6为第六透镜7的折射率，Nd7为第七透镜8的折射率。
本发明中，满足上述折射率关系的透镜组合结构，有利于实现光焦度的合理分配，能较好的平衡球差、彗差、场曲，从而提高光学镜头解像能力，获得高清图像。正光焦度透镜优选均使用折射率相对较高的玻璃材料，负光焦度优选均使用折射率相对较低的材料，增加负光焦度透镜表面弯曲程度，减少正光焦度透镜表面弯曲程度，负光焦度透镜产生较大的球差和场曲，与正光焦度透镜产生的像差相互补偿，经过前组后的残余像差在对称形式的后组结构中得到校正，提升镜头解像能力。
在本发明中，优选镜头满足以下关系式：
Vd1≥30；
Vd2≤50；
Vd3≤50；
Vd4≥30；
Vd5≤30；
Vd6≥50；
Vd7≥50；
其中，Vd1为第一透镜1的色散系数，Vd2为第二透镜2的色散系数，Vd3为第三透镜4的色散系数，Vd4为第四透镜5的色散系数，Vd5为第五透镜6的色散系数，Vd6为第六透镜7的色散系数，Vd7为第七透镜8的色散系数。
本发明中，各透镜选择合理色散系数的材料，高低色散材料互相搭配，有利于校正镜头色差，进一步提高镜头解像能力。
在本发明中，第一透镜1、第二透镜2、第三透镜4、第四透镜 5、第五透镜6、第六透镜7、第七透镜8均采用玻璃材质，亦可以使用树脂材料作为透镜的材质。但是，与树脂材料相比，玻璃材质的透镜在可见光波段具有更高的透光率，成像的通透性更好，玻璃材质的透镜的物理和化学稳定性比塑料材质的透镜好得多，因此，当温度等条件发生变化时，玻璃材质的透镜的光学参数比树脂材质的透镜小得多。能更好地适用于各种恶劣环境；同时玻璃材质的透镜不易老化变形，使用寿命更长。
如图2和图4所示，在本发明中，第一透镜1的前侧从前至后依次设置保护玻璃9、滤光片10和柱透镜11。保护玻璃9防止第一透镜1受损。滤光片10可有效滤掉非工作波段的杂散光线，防止受到红外线的干扰，以减小光噪声，从而使图像像质清晰，色彩亮丽。柱透镜11为玻璃平板，折射率≤1.6，色散系数≥50，焦平面在无限远处。
如图3和图4所示，使用本发明的细胞工厂生物反应器侧面观察镜头观察细胞工厂生物反应器的方法，在细胞工厂生物反应器观察镜头后侧设置细胞工厂生物反应器11，通常从下至上斜着45°观察细胞工厂生物反应器11。细胞工厂生物反应器11为现有技术，如耐斯的细胞工厂生物反应器。
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合实施例对本发明作进一步的详细介绍。
实施例1
定焦光学镜头的设计波段为486～656nm，焦距f＝55.6532mm，FNO＝5.1367，FOV为14.1°，总长TL＝266.589mm，光学镜头的光学参数下表所示。柱透镜11为玻璃平板，折射率为1.517，色散系数为64.199，焦平面在无限远处。
| 面序号 | 表面类型 | 曲率半径（mm） | 厚度（mm） | 折射率 | 色散系数 |
| S0 | 倾斜面 | - | 0.500 | - | - |
| S1 | 倾斜面 | - | 0.550 | 1.52 | 64.2 |
| S2 | 倾斜面 | - | 73.163 | - | - |
| S3 | 标准面 | Infinity | 1.000 | 1.52 | 64.2 |
| S4 | 标准面 | Infinity | 20.000 | - | - |
| S5 | 坐标间断 | - | 0.000 | - | - |
| S6 | 标准面 | Infinity | 4.000 | 1.52 | 64.2 |
| S7 | 标准面 | Infinity | 10.000 | - | - |
| S8 | 坐标间断 | - | 0.000 | - | - |
| S9 | 标准面 | Infinity | 0.000 | - | - |
| S10 | 标准面 | 71.550 | 4.000 | 1.80 | 35.0 |
| S11 | 标准面 | 21.187 | 5.000 | 1.61 | 43.9 |
| S12 | 标准面 | 150.000 | 49.810 | - | - |
| 光阑 | 标准面 | Infinity | 10.000 | - | - |
| S14 | 标准面 | 126.330 | 1.500 | 1.61 | 44.1 |
| S15 | 标准面 | 42.573 | 3.340 | 1.72 | 38.0 |
| S16 | 标准面 | -148.780 | 1.000 | - | - |
| S17 | 标准面 | 75.782 | 2.860 | 1.81 | 25.5 |
| S18 | 标准面 | 28.223 | 3.180 | 1.59 | 68.3 |
| S19 | 标准面 | -92.380 | 5.000 | - | - |
| S20 | 坐标间断 | - | 0.000 | - | - |
| S21 | 标准面 | 75.460 | 2.000 | 1.52 | 64.2 |
| S22 | 标准面 | Infinity | -3.000 | - | - |
| S23 | 坐标间断 | - | 3.000 | - | - |
| S24 | 标准面 | Infinity | 35.681 | - | - |
| S25 | 倾斜面 | - | 2.140 | 1.59 | 29.9 |
| S26 | 倾斜面 | - | 11.500 | - | - |
| S27 | 倾斜面 | - | 2.200 | 1.59 | 29.9 |
| S28 | 倾斜面 | - | 0.000 | 1.33 | 55.8 |
| S29 | 倾斜面 | - | 5.000 | 1.33 | 55.8 |
| S30 | 倾斜面 | - | - | 1.33 | 55.8 |
图5-图11为本发明实施例1的镜头的光学性能图，其中图5为MTF曲线，用来评价光学镜头的分辨能力，从图5中可以看出所有视场MTF在96lp/mm处均大于0.3，具有极好的分辨能力，且轴上和轴外MTF曲线趋势基本一致；图6为光学镜头各视场在某指定空间频率下的MTF曲线，用来分析光线经过镜头后各视场成像的均匀性，从图6中可以看出，在指定的频率下，各个视场的MTF值变化很小，保证了周边视场与中心视场成像性能的一致性；图7为光学镜头的畸变曲线，全视场时光学畸变仅为8.5342％；图8为光学镜头的相对照度曲线，全视场相对照度大于90％，高相对照度能保证整体画面亮度分布的均匀性，即使在画面边角，其亮度与中心的亮度差异仍非常小；图9为光学镜头的点列图，从图9可以看出，弥散斑半径＜4.5，满足成像要求。图10为本发明实施例1的细胞工厂生物反应器侧面观察镜头采集到的图片；左图和右图分别为侧面观察镜头采集到的细胞工厂生物反应器第三层和第六层的CHO细胞图片。图11为现有技术中细胞工厂生物反应器侧面观察镜头采集到的图片；左图和右图侧面观察镜头采集到的细胞工厂生物反应器第三层和第六层的CHO细胞图片。从图10和图11可以看出，传统的观测方法，来观察细胞工厂反应器侧面，只能看见中间一条线形的清晰区域，观察窗口的减小，由于物面和光轴倾斜、多层的隔板的情况，导致线形的窗口也不清晰；本发明实细胞工厂生物反应器侧面观察镜头采集到的图片，克服了细胞工厂生物反应器的结构缺陷，增大其观察窗口，并使窗口更加清晰。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施例的限定。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实施例予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (9)
1.细胞工厂生物反应器侧面观察镜头，其特征在于，包括自像侧至物侧依次设置的：
第一透镜(1)，其具有正光焦度；第一透镜(1)朝向物侧的一面为凹面，朝向像侧的一面为凸面；
第二透镜(2)，其具有负光焦度且与所述第一透镜(1)组成粘合透镜，为双胶合透镜；
第二透镜(2)朝向物侧的一面为凹面，朝向像侧的一面为凸面；
光阑(3)，其与所述第二透镜(2)间隔设置并用于限制光束口径；
第三透镜(4)，其具有正光焦度且与所述光阑(3)间隔设置；第三透镜(4)朝向物侧的一面为凹面，朝向像侧的一面为凸面；
第四透镜(5)，其具有正光焦度且与所述第三透镜(4)组成粘合透镜，为双胶合透镜；
第四透镜(5)为双凸；
第五透镜(6)，其具有正光焦度与所述第四透镜(5)间隔设置；第五透镜(6)朝向物侧的一面为凹面，朝向像侧的一面为凸面；
第六透镜(7)，其具有负光焦度且与所述第五透镜(6)组成粘合透镜，为双胶合透镜；
第六透镜(7)为双凸透镜；
第七透镜(8)，其具有正光焦度且与所述第六透镜(7)间隔设置；第七透镜(8)朝向物侧的一面为平面，朝向像侧的一面为凸面。
2.根据权利要求1所述的细胞工厂生物反应器侧面观察镜头，其特征在于，所述细胞工厂生物反应器侧面观察镜头满足以下关系式：
2.5<f1-2/f<4.5；
0.5<f3-4/f<3；
2<f5-6/f<4；
-1<f7/f<2；
3<TL/f<5.5；
其中，f为该镜头的焦距，f1-2为第一透镜(1)和第二透镜(2)的组合焦距，f3-4为第三透镜(4)和第四透镜(5)的组合焦距，f5-6为第五透镜(6)和第六透镜(7)的组合焦距，f7为第七透镜(8)的焦距，TL为该镜头的总体长度。
3.根据权利要求1所述的细胞工厂生物反应器侧面观察镜头，其特征在于，所述细胞工厂生物反应器侧面观察镜头满足以下关系式：
Nd1≥1.6；
Nd2≤1.7；
Nd3≤1.7；
Nd4≥1.6；
Nd5≥1.6；
Nd6≤1.7；
其中，Nd1为第一透镜(1)的折射率，Nd2为第二透镜(2)的折射率，Nd3为第三透镜(4)的折射率，Nd4为第四透镜(5)的折射率，Nd5为第五透镜(6)的折射率，Nd6为第六透镜(7)的折射率，Nd7为第七透镜(8)的折射率。
4.根据权利要求1所述的细胞工厂生物反应器侧面观察镜头，其特征在于，所述细胞工厂生物反应器侧面观察镜头满足以下关系式：
Vd1≥30；
Vd2≤50；
Vd3≤50；
Vd4≥30；
Vd5≤30；
Vd6≥50；
Vd7≥50；
其中，Vd1为第一透镜(1)的色散系数，Vd2为第二透镜(2)的色散系数，Vd3为第三透镜(4)的色散系数，Vd4为第四透镜(5)的色散系数，Vd5为第五透镜(6)的色散系数，Vd6为第六透镜(7)的色散系数，Vd7为第七透镜(8)的色散系数。
5.根据权利要求1所述的细胞工厂生物反应器侧面观察镜头，其特征在于，所述第一透镜(1)、第二透镜(2)、第三透镜(4)、第四透镜(5)、第五透镜(6)、第六透镜(7)、第七透镜(8)均采用玻璃材质或树脂材质。
6.根据权利要求1所述的细胞工厂生物反应器侧面观察镜头，其特征在于，所述第一透镜(1)的前侧从前至后依次设置有保护玻璃(9)、滤光片(10)和柱透镜(11)。
7.根据权利要求6所述的细胞工厂生物反应器侧面观察镜头，其特征在于，所述柱透镜(11)为玻璃平板，折射率≤1.6，色散系数≥50，焦平面在无限远处。
8.采用权利要求1-7任何一项所述的细胞工厂生物反应器侧面观察镜头观察细胞工厂生物反应器的方法，其特征在于，在细胞工厂生物反应器观察镜头后侧设置细胞工厂生物反应器(12)。
9.根据权利要求8所述的观察细胞工厂生物反应器的方法，其特征在于，采用细胞工厂生物反应器观察镜头从下至上斜45°观察细胞工厂生物反应器。
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