CN210323558U - 基于微球的反射式高分辨显微成像系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于微球的反射式高分辨显微成像系统，包括微球、显微摄像模块、接收端和激发光源，所述微球放置于样品的上表面，所述微球上覆盖一盖玻片，所述显微摄像模块位于样品的正上方，所述激发光源位于所述显微摄像模块的一侧；所述显微摄像模块包括第一透镜组、反射式照明结构、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，所述激发光源发出的光源照射于所述反射式照明结构上。本实用新型具有分辨率高、体积小、结构简单、成本低、稳定性高、模块化等优点，适用于测试硅片、半导体等不透明样品。

Description

基于微球的反射式高分辨显微成像系统

技术领域

本实用新型属于显微成像技术领域，特别是涉及一种基于微球的反射式高分辨显微成像系统。

背景技术

显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。

目前，市面上的高分辨率显微镜，比如荧光显微镜，虽然可以实现优秀的显微分辨能力，但整个成像系统复杂而庞大，不具备便携性，同时价格昂贵，此外，由于结构精密，成像效果也很容易受到外界因素的干扰。

总而言之，传统高分辨显微镜体积普遍庞大，成本高，对环境的适应性差。

综上所述，实现一种视场大、分辨率高、稳定性强、小体积、低成本的显微成像系统，是一个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基于微球的反射式高分辨显微成像系统，具有分辨率高、体积小、结构简单、成本低、稳定性高、模块化等优点，适用于测试硅片、半导体等不透明样品。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的一个技术方案是：一种基于微球的反射式高分辨显微成像系统，包括微球、显微摄像模块、接收端和激发光源，所述微球放置于样品的上表面，所述微球上覆盖一盖玻片，所述显微摄像模块位于样品的正上方，所述激发光源位于所述显微摄像模块的一侧；

所述显微摄像模块包括第一透镜组、反射式照明结构、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盖玻片之间，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，所述的微球为透明微球，所述微球的直径为5-300微米。

进一步地说，所述微球为钛酸钡微球或聚苯乙烯微球。

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3。

进一步地说，所述第一透镜组的焦距为1-8mm，所述第一透镜组的F数小于3。

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：

整个系统各部分均为模块化的结构，便于更换或相互组合，整体稳定性强，不易变形；调整第一透镜组和第二透镜组的焦距之比，可以调整显微成像的放大率和视场。且，本系统整体体积小，形状规整，便携性强，同时也易于根据实际需要进行改装，例如组成显微摄像阵列等；

又且，在光路中，微球一方面可以起到球透镜的放大作用，另一方面，紧贴于样品的微球由于尺寸小且和样品面接触，可以有效的将样品表面的倏逝波耦合进光路，倏逝波包含大量样品表面细节信息，因此以此种方法可以有效提高成像分辨率，本系统的分辨率能达到0.5微米以下；

另，本系统整体具有便携性，可以直接放置在样品表面上做实时原位成像监控。

附图说明

图1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2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3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4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：

微球1、显微摄像模块2、第一透镜组21、反射式照明结构22、第二透镜组23、图像传感器24、接收端3、激发光源4、样品5和盖玻片6。

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1：一种基于微球的反射式高分辨显微成像系统，如图1所示，包括微球1、显微摄像模块2、接收端3和激发光源4，所述微球1放置于样品5的上表面，所述微球1上覆盖一盖玻片6，所述显微摄像模块2位于样品的正上方，所述激发光源4位于所述显微摄像模块2的一侧；

所述显微摄像模块2包括第一透镜组21、反射式照明结构22、第二透镜组23和图像传感器24，所述第一透镜组21和所述第二透镜组23对称设置，所述反射式照明结构22位于所述第一透镜组21和所述第二透镜组23之间，所述第一透镜组21位于所述反射式照明结构22和所述盖玻片之间，所述第二透镜组23位于所述反射式照明结构22和所述图像传感器24之间，所述图像传感器24与所述接收端3电性连接，所述激发光源4发出的光源照射于所述反射式照明结构22上。

所述第二透镜组23包括两个微透镜，靠近所述图像传感器24的微透镜的尺寸最大，远离所述图像传感器24的微透镜的尺寸最小；所述第一透镜组21包括两个微透镜，靠近所述图像传感器24的微透镜的尺寸最小，远离所述图像传感器24的微透镜的尺寸最大；所述微透镜的尺寸是直径为0.5–15mm。

所述的微球1为透明微球，所述微球1的直径为5-300微米。

所述微球1为钛酸钡微球或聚苯乙烯微球。在光路中可以起到放大与显著提高分辨率的作用。所述的微球具体使用方式是在将其紧贴样品，并通过显微摄像模块观察，其具体实现方法包括但不限于：直接放置于样品表面、粘贴于物镜并压在样品上、用带有小孔的框架固定微球并紧贴样品。

所述第二透镜组23的焦平面与图像传感器24的接收端面重合，所述第二透镜组23的焦距为1-3mm，所述第二透镜组23的F(光圈)数小于3。

所述第一透镜组21的焦距为1-8mm，所述第一透镜组21的F数小于3。

所述图像传感器24的像元尺寸为0.8-2.5μm。

所述图像传感器24为CMOS图像传感器或CCD图像传感器。

所述反射式照明结构22为半透半反棱镜。

所述激发光源4为激光光源、LED光源或气体光源。

所述接收端3为计算机、手机或嵌入式系统。

实施例2：一种基于微球的反射式高分辨显微成像系统，如图2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3：一种基于微球的反射式高分辨显微成像系统，如图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4：一种基于微球的反射式高分辨显微成像系统，如图4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，将样品放置于激发光源与显微摄像模块之间的样品台，再将微球覆盖于样品表面，将盖玻片放置于样品上面，打开电源，从接收端观察图像，对第一透镜组、第二透镜组和图像传感器组成的整体的高度进行微调对焦，再调节激发光源亮度，令观察到的图像最清晰，并在接收端保存获得的图像。

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 (10)

1.一种基于微球的反射式高分辨显微成像系统，其特征在于：包括微球(1)、显微摄像模块(2)、接收端(3)和激发光源(4)，所述微球放置于样品(5)的上表面，所述微球上覆盖一盖玻片(6)，所述显微摄像模块位于样品的正上方，所述激发光源位于所述显微摄像模块的一侧；

所述显微摄像模块包括第一透镜组(21)、反射式照明结构(22)、第二透镜组(23)和图像传感器(24)，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盖玻片之间，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所述的基于微球的反射式高分辨显微成像系统，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0.5-12mm。

3.根据权利要求1所述的基于微球的反射式高分辨显微成像系统，其特征在于：所述的微球为透明微球，所述微球的直径为5-300微米。

4.根据权利要求1所述的基于微球的反射式高分辨显微成像系统，其特征在于：所述微球为钛酸钡微球或聚苯乙烯微球。

5.根据权利要求2所述的基于微球的反射式高分辨显微成像系统，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3。

6.根据权利要求1所述的基于微球的反射式高分辨显微成像系统，其特征在于：所述第一透镜组的焦距为1-8mm，所述第一透镜组的F数小于3。

7.根据权利要求1所述的基于微球的反射式高分辨显微成像系统，其特征在于：所述图像传感器的像元尺寸为0.8-2.5μm。

8.根据权利要求1所述的基于微球的反射式高分辨显微成像系统，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。

9.根据权利要求1所述的基于微球的反射式高分辨显微成像系统，其特征在于：所述反射式照明结构为半透半反棱镜。

10.根据权利要求1所述的基于微球的反射式高分辨显微成像系统，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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