CN210053476U - 阵列反射式显微图像采集系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种阵列反射式显微图像采集系统，包括显微摄像模组阵列和接收端，所述显微摄像模组阵列位于样品台的正上方；所述显微摄像模组阵列包括成阵列分布的多个显微摄像模块，每一所述显微摄像模块皆包括第一透镜组、反射式照明结构、激发光源、第二透镜组和图像传感器，所述第一透镜组和所述第二透镜组对称设置，所述图像传感器与所述接收端电性连接，所述激发光源位于所述反射式照明结构的一侧，所述激发光源发出的光源照射于所述反射式照明结构上。本实用新型能够同时采集样品的多个区域，提高检测速度，适用于测试硅片、半导体显微、生物芯片、厚生物样品等不透明大面积样品的检测。
Description
技术领域
本实用新型属于机器视觉检测技术领域，特别是涉及一种阵列反射式显微图像采集系统，可以应用于半导体晶圆和生物样品高通量显微成像。
背景技术
微成像系统是能够将人眼难以观测或分辨到的微小物体或细节放大成像，以供人们提取细微结构信息的光学系统或仪器，相关产品被广泛用于涉及实验研究、生产制造等方面的领域。随着相关学科在微观领域的研究进展，基于许多前沿理论的显微成像系统已经突破光学成像极限，向着更高分辨率迈进。
然而，在实际应用方面，传统的显微成像系统受限于光学结构，必须依靠具有小视场角(3°以内)的高分辨率物镜、配合长共轭距离来实现光学放大，从而导致光学系统庞大而复杂，且价格高。同时，由于视场小，传统显微系统在对较大样品成完整像时，需要采用扫描拼接的方法来实现，其相关设备的引入令其造价更加昂贵，也会令显微系统在工作时的精密结构更容易收到外界因素影响，例如震动、温度等。再次，扫描拼接的工作模式导致成像时间长，对于类似半导体晶圆的大面积样品而言，效率较低。
总而言之，传统显微镜体积普遍庞大，成本高，对大样品成像过程较为复杂，耗时长，难以满足现有半导体和生物样品显微检测的需求。
综上所述，实现一种视场大、分辨率高、稳定性强、通量大、低成本的大样品显微成像系统，是一个亟待解决、具有很高实用价值的问题。
实用新型内容
本实用新型主要解决的技术问题是提供一种阵列反射式显微图像采集系统，能够同时采集样品的多个区域，提高检测速度，适用于测试硅片、半导体显微、生物芯片、厚生物样品等不透明大面积样品的检测。
为解决上述技术问题，本实用新型采用的一个技术方案是：一种阵列反射式显微图像采集系统，包括显微摄像模组阵列和接收端，所述显微摄像模组阵列位于样品台的正上方；
所述显微摄像模组阵列包括成阵列分布的多个显微摄像模块，每一所述显微摄像模块皆包括第一透镜组、反射式照明结构、激发光源、第二透镜组和图像传感器，所述第一透镜组和所述第二透镜组对称设置，所述反射式照明结构位于所述第一透镜组和所述第二透镜组之间，所述第一透镜组位于所述反射式照明结构和所述样品台之间，所述第二透镜组位于所述反射式照明结构和所述图像传感器之间，所述图像传感器与所述接收端电性连接，所述激发光源位于所述反射式照明结构的一侧，所述激发光源发出的光源照射于所述反射式照明结构上。
本实用新型为解决其技术问题所采用的进一步技术方案是：
进一步地说，所述第二透镜组包括至少两个微透镜，靠近所述图像传感器的微透镜的尺寸最大，远离所述图像传感器的微透镜的尺寸最小；所述第一透镜组包括至少两个微透镜，靠近所述图像传感器的微透镜的尺寸最小，远离所述图像传感器的微透镜的尺寸最大；所述微透镜的尺寸是直径为0.5–15mm。
进一步地说，若干所述显微摄像模块的排列方式为线阵并排排列、矩阵排列或同心圆排列。
进一步地说，所述第二透镜组的焦平面与图像传感器的接收端面重合，所述第二透镜组的焦距为1-3mm，所述第二透镜组的F数小于5。
进一步地说，所述第一透镜组的焦距为1-6mm。
进一步地说，所述图像传感器的像元尺寸为0.8-2.5μm。
进一步地说，所述图像传感器为CMOS图像传感器或CCD图像传感器。
进一步地说，所述反射式照明结构为半透半反棱镜。
进一步地说，所述激发光源为激光光源、LED光源或气体光源。
本实用新型的有益效果：
在拍摄时，可以将多个大视场高分辨率的微型显微摄像模块连接在一起组成阵列结构，这样同一时间可以有多个显微摄像模块进行样品显微成像，从而实现大面积样品的高分辨率、大视场的高通量显微成像，具体表现在：
每个显微摄像模块中，第一透镜组中靠近样品的微透镜的尺寸最大，靠近图像传感器的微透镜的尺寸最小，其作用是将前部大视场角范围内的样品光学信息耦合进光路，从而单个显微摄像模组具有大的成像视场；第二透镜组的焦距与第一透镜组的焦距之比就是显微成像的光学放大率，通过配置二者的焦距可以实现0.5X–8X的放大率；第一透镜组和第二透镜组都是短焦距的光学镜组，因此体积小，这样才能作为显微摄像模块进行阵列排布；图像传感器采用的是小像素尺寸的图像传感器，这样可以在小的光学放大倍率下也能够实现高的样品分辨率；
多个显微摄像模块组成的阵列的结构设计使所有摄像模组能够尽量覆盖大面积样品上的所有感兴趣区域，也可以通过小范围的样品台移动来辅助实现样品的无盲区显微成像，从而让接收端可以将所有子图像处理为完整的图像，提高样品的显微检测效率；
而且每个显微摄像模块采集的显微图像也可以独立进行处理，并将结果送到接收端进行合成分析，本实用新型的信息采集效率和扫描效率较高。
附图说明
图1是本实用新型的整体结构示意图(以矩阵式分布为例)；
图2是本实用新型实施例1的结构示意图(第一透镜组和第二透镜组皆包括两个微透镜)；
图3是本实用新型实施例2的结构示意图(第一透镜组和第二透镜组皆包括三个微透镜)；
图4是本实用新型实施例3的结构示意图(第一透镜组包括两个微透镜、第二透镜组包括三个微透镜)；
图5是本实用新型实施例4的结构示意图(第一透镜组包括三个微透镜、第二透镜组包括两个微透镜)；
附图中各部分标记如下：
显微摄像模组阵列1、第一透镜组11、反射式照明结构12、第二透镜组13、图像传感器14、接收端2、激发光源3和样品台4。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的较佳实施例进行详细阐述，以使本实用新型的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本实用新型的保护范围做出更为清楚明确的界定。
实施例1：一种阵列反射式显微图像采集系统，如图1和图2所示，包括显微摄像模组阵列1和接收端2，所述显微摄像模组阵列位于样品台4的正上方；
所述显微摄像模组阵列包括成阵列分布的多个显微摄像模块，每一所述显微摄像模块皆包括第一透镜组11、反射式照明结构12、激发光源3、第二透镜组13和图像传感器14，所述第一透镜组和所述第二透镜组对称设置，所述反射式照明结构位于所述第一透镜组和所述第二透镜组之间，所述第一透镜组位于所述反射式照明结构和所述样品台之间，所述第二透镜组位于所述反射式照明结构和所述图像传感器之间，所述图像传感器与所述接收端电性连接，所述激发光源位于所述反射式照明结构的一侧，所述激发光源发出的光源照射于所述反射式照明结构上，多个显微摄像模块皆固定在同一框架上。
所述第二透镜组包括两个微透镜，靠近所述图像传感器的微透镜的尺寸最大，远离所述图像传感器的微透镜的尺寸最小；所述第一透镜组包括两个微透镜，靠近所述图像传感器的微透镜的尺寸最小，远离所述图像传感器的微透镜的尺寸最大；所述微透镜的尺寸是直径为0.5–15mm。
若干所述显微摄像模块的排列方式为线阵并排排列、矩阵排列或同心圆排列。
所述显微摄像模块的排列间距可以根据样品特征分布规律进行调整。
所述第二透镜组的焦平面与图像传感器的接收端面重合，所述第二透镜组的焦距为1-3mm，所述第二透镜组的F(光圈)数小于5。
所述第一透镜组的焦距为1-6mm。
所述图像传感器的像元尺寸为0.8-2.5μm。
所述图像传感器为CMOS图像传感器或CCD图像传感器。
所述反射式照明结构为半透半反棱镜。
所述激发光源为激光光源、LED光源或气体光源。
所述接收端为计算机或手机。
实施例2：一种阵列反射式显微图像采集系统，如图1和图3所示，所述第二透镜组包括三个微透镜，靠近所述图像传感器的微透镜的尺寸最大，远离所述图像传感器的微透镜的尺寸最小；所述第一透镜组包括三个微透镜，靠近所述图像传感器的微透镜的尺寸最小，远离所述图像传感器的微透镜的尺寸最大。
实施例3：一种阵列反射式显微图像采集系统，如图1和图4所示，所述第二透镜组包括三个微透镜，靠近所述图像传感器的微透镜的尺寸最大，远离所述图像传感器的微透镜的尺寸最小；所述第一透镜组包括两个微透镜，靠近所述图像传感器的微透镜的尺寸最小，远离所述图像传感器的微透镜的尺寸最大。
实施例4：一种阵列反射式显微图像采集系统，如图1和图5所示，所述第二透镜组包括两个微透镜，靠近所述图像传感器的微透镜的尺寸最大，远离所述图像传感器的微透镜的尺寸最小；所述第一透镜组包括三个微透镜，靠近所述图像传感器的微透镜的尺寸最小，远离所述图像传感器的微透镜的尺寸最大。
本实用新型的工作原理如下：
使用时，将该显微系统中的各部件搭建好，显微摄像模块按照大面积样品的形状排列成一个阵列，预先通过标准平面样品成像调整好各个显微摄像模块的高度。实际样品测试时，将待测样品放置于样品台，打开电源，从接收端观察每一个显微模块图像，手动或者通过电动位移台调节样品的高度和水平度实现微调对焦，再调节照明系统亮度，令观察到的图像最清晰，并在接收端保存获得的图像。如果需要样品全表面的无盲区显微成像，可以通过一个电动XY位移台来实现XY方向上的小区域扫描，再通过图像拼接就可以得到样品全区域显微成像结果。
以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。
Claims (9)
1.一种阵列反射式显微图像采集系统，其特征在于：包括显微摄像模组阵列(1)和接收端(2)，所述显微摄像模组阵列位于样品台(4)的正上方；
所述显微摄像模组阵列包括成阵列分布的多个显微摄像模块，每一所述显微摄像模块皆包括第一透镜组(11)、反射式照明结构(12)、激发光源(3)、第二透镜组(13)和图像传感器(14)，所述第一透镜组和所述第二透镜组对称设置，所述反射式照明结构位于所述第一透镜组和所述第二透镜组之间，所述第一透镜组位于所述反射式照明结构和所述样品台之间，所述第二透镜组位于所述反射式照明结构和所述图像传感器之间，所述图像传感器与所述接收端电性连接，所述激发光源位于所述反射式照明结构的一侧，所述激发光源发出的光源照射于所述反射式照明结构上。
2.根据权利要求1所述的阵列反射式显微图像采集系统，其特征在于：所述第二透镜组包括至少两个微透镜，靠近所述图像传感器的微透镜的尺寸最大，远离所述图像传感器的微透镜的尺寸最小；所述第一透镜组包括至少两个微透镜，靠近所述图像传感器的微透镜的尺寸最小，远离所述图像传感器的微透镜的尺寸最大；所述微透镜的尺寸是直径为0.5–15mm。
3.根据权利要求1所述的阵列反射式显微图像采集系统，其特征在于：若干所述显微摄像模块的排列方式为线阵并排排列、矩阵排列或同心圆排列。
4.根据权利要求1所述的阵列反射式显微图像采集系统，其特征在于：所述第二透镜组的焦平面与图像传感器的接收端面重合，所述第二透镜组的焦距为1-3mm，所述第二透镜组的F数小于5。
5.根据权利要求1所述的阵列反射式显微图像采集系统，其特征在于：所述第一透镜组的焦距为1-6mm。
6.根据权利要求1所述的阵列反射式显微图像采集系统，其特征在于：所述图像传感器的像元尺寸为0.8-2.5μm。
7.根据权利要求1所述的阵列反射式显微图像采集系统，其特征在于：所述图像传感器为CMOS图像传感器或CCD图像传感器。
8.根据权利要求1所述的阵列反射式显微图像采集系统，其特征在于：所述反射式照明结构为半透半反棱镜。
9.根据权利要求1所述的阵列反射式显微图像采集系统，其特征在于：所述激发光源为激光光源、LED光源或气体光源。
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