CN219183706U - 携带式单光子钙成像摄像装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种携带式单光子钙成像摄像装置，壳体开设有内腔，第一开口、第二开口和第三开口，第一开口、第二开口和第三开口均与内腔连通，第一开口和第二开口相对，图像接收器、激发光源件和自聚焦透镜均设置于壳体上，图像接收器的接收面与第一开口相对，自聚焦透镜与第二开口相对，激发光源件与第三开口相对，分光镜和透镜均设置于内腔中，进光端与激发光源件的发光端相对，分光镜与出光端相对，分光镜位于图像接收器与自聚焦透镜之间。上述方案能够解决相关技术中刺激光照射至样品的被照射区域会缩小而导致被照射区域反射的成像光的光束较小，从而导致第二二色元件引导的成像光的光束较小，进而导致成像传感器形成的图像较小的问题。

Description

携带式单光子钙成像摄像装置

技术领域

本实用新型涉及摄像技术领域，特别是涉及一种携带式单光子钙成像摄像装置。

背景技术

脑科学是目前国际前沿关注的重要研究方向。为了阐释人类认知的神经基础为主体和核心，且也为了便于研究大脑与外界的直接交互，其中，大脑中的神经元通过集体行为建立相互连接，构成多种神经环路进而执行不同的功能。神经环路的研究方向即寻找构成各神经环路的神经元细胞，研究这些神经元是如何产生通讯互动以此构成特定的环路及环路本身在中枢神经系统行使的生命活动，众多研究已经证实，在解析生理或病理条件下神经环路调控机制过程中，需要通过实时监测神经元内重要生物传感器钙离子的变化可精确反映大脑组织内神经元活动。

为解决上述问题，相关技术中，专利号为201680077967.7的中国实用新型提供使用显微镜系统同时进行成像和刺激的系统和方法。与普通显微镜系统相比，述显微镜系统可以具有相对较小的大小。显微镜可以部分包括成像光源和刺激光源。来自所成像光源和刺激光源的光可以是在光谱上分离的，以减少刺激光与成像光之间的串扰。在上述系统及方法中，刺激光束通过聚光透镜和第二聚光透镜的校准，将刺激光聚集成在光束区域内强度变化很小或者没有变化的光束，刺激光照射至样品的被照射区域会缩小，从而导致被照射区域反射的成像光的光束较小，第二二色元件引导的成像光的光束较小，同时，镜筒透镜又将第二二色元件引导的成像光聚焦至图像传感器上，从而导致成像传感器形成的图像较小。

实用新型内容

基于此，提供一种携带式单光子钙成像摄像装置，以解决相关技术中刺激光照射至样品的被照射区域会缩小而导致被照射区域反射的成像光的光束较小，从而导致第二二色元件引导的成像光的光束较小，进而导致成像传感器形成的图像较小的问题。

一种携带式单光子钙成像摄像装置，包括散光透镜、壳体、分光镜、图像接收器、激发光源件和自聚焦透镜，所述散光透镜包括进光端和出光端，所述壳体开设有内腔，第一开口、第二开口和第三开口，所述第一开口、所述第二开口和所述第三开口均与所述内腔连通，所述第一开口和所述第二开口相对，所述图像接收器、所述激发光源件和所述自聚焦透镜均设置于所述壳体上，所述图像接收器的接收面与所述第一开口相对，所述自聚焦透镜与所述第二开口相对，所述激发光源件与所述第三开口相对，所述分光镜和所述透镜均设置于所述内腔中，所述透镜包括相背的进光端和出光端，所述进光端与所述激发光源件的发光端相对，所述分光镜与所述出光端相对，所述分光镜位于所述图像接收器与所述自聚焦透镜之间。

优选地，上述一种携带式单光子钙成像摄像装置，所述携带式单光子钙成像摄像装置还包括荧光滤光片，所述荧光滤光片设置于所述内腔中，所述荧光滤光片位于所述分光镜与所述图像接收器之间。

优选地，上述一种携带式单光子钙成像摄像装置，所述携带式单光子钙成像摄像装置还包括消色差透镜，所述消色差透镜设置于所述内腔中，所述消色差透镜位于所述分光镜与所述自聚焦透镜之间。

优选地，上述一种携带式单光子钙成像摄像装置，所述携带式单光子钙成像摄像装置还包括聚焦透镜，所述聚焦透镜设置于所述内腔中，所述聚焦透镜位于所述分光镜与所述自聚焦透镜之间。

优选地，上述一种携带式单光子钙成像摄像装置，所述携带式单光子钙成像摄像装置还包括液体透镜和控制器，所述液体透镜设置于所述内腔中，所述控制器设置于壳体上，所述液体透镜位于所述分光镜与所述自聚焦透镜之间，所述控制器与所述液体透镜电连接，在所述液体透镜处于通电状态的情况下，所述控制器控制所述液体透镜变形。

优选地，上述一种携带式单光子钙成像摄像装置，所述携带式单光子钙成像摄像装置还包括电池，所述电池设置于所述壳体上，所述图像接收器和所述液体透镜均与所述电池电连接。

优选地，上述一种携带式单光子钙成像摄像装置，所述进光端的进光面贴设有滤光层。

本申请采用的技术方案能够达到以下有益效果：

在本申请公开的携带式单光子钙成像摄像装置中，包括散光透镜、壳体、分光镜、图像接收器、激发光源件和自聚焦透镜，壳体可以开设有内腔，第一开口、第二开口和第三开口，第一开口、第二开口和第三开口均可以与内腔连通，第一开口可以和第二开口相对，图像接收器、激发光源件和自聚焦透镜均可以设置于壳体上，图像接收器的接收面可以与第一开口相对，自聚焦透镜可以与第二开口相对，激发光源件可以与第三开口相对，分光镜和散光透镜均可以设置于内腔中，进光端可以与激发光源件的发光端相对，分光镜可以与出光端相对，分光镜可以位于图像接收器与自聚焦透镜之间。上述结构中，由于散光透镜将刺激光的进行扩束，从而扩大刺激光在活体脑部的照射面积，从而扩大活体脑部反射的绿色荧光的光束，从而扩大图像接收器上生成的脑部荧光图像大小。

附图说明

图1为本申请实施例公开的携带式单光子钙成像摄像装置的爆炸图；

图2为本申请实施例公开的携带式单光子钙成像摄像装置的正视图；

图3为图1的剖视图；

图4为本申请实施例公开的壳体的爆炸剖视图；

图5为本申请实施例公开的携带式单光子钙成像摄像装置的部分结构图；

图6为光源的能量分布图；

图7为光源发出的光线的期望的能量分布图；

图8为使用本申请实施例公开的透镜照射脑部拍摄的图像；

图9为没有使用本申请实施例公开的透镜照射脑部拍摄的图像。

其中：散光透镜100、进光端110、出光端120、蓝光滤光层130、壳体200、内腔210，第一开口220、第二开口230、第三开口240、分光镜300、图像接收器400、激发光源件500、自聚焦透镜600、消色差透镜700、聚焦透镜800、液体透镜900、荧光滤光片1000。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的较佳实施方式。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本实用新型的公开内容理解的更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为″设置于″另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是″连接″另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语″垂直的″、″水平的″、″左″、″右″、″顶部″、″底部″、″底端″、″顶端″以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语″及/或″包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参考图1至图5，本申请公开一种携带式单光子钙成像摄像装置，所公开的携带式单光子钙成像摄像装置包括散光透镜100、壳体200、分光镜300、图像接收器400、激发光源件500和自聚焦透镜600。

壳体200能够为散光透镜100、分光镜300、图像接收器400、激发光源件500和自聚焦透镜600提供安装基础，激发光源件500能够发出刺激光，刺激光能够对活体脑部的GCaMP病毒产生刺激而使得其发出绿色荧光，自聚焦透镜600具有聚焦和成像功能。

具体地，壳体200可以开设有内腔210，第一开口220、第二开口230和第三开口240，第一开口220、第二开口230和第三开口240均可以与内腔210连通，第一开口220可以和第二开口230相对，图像接收器400、激发光源件500和自聚焦透镜600均可以设置于壳体200上，图像接收器400的接收面可以与第一开口220相对，自聚焦透镜600可以与第二开口230相对，激发光源件500可以与第三开口240相对，分光镜300和散光透镜100均可以设置于内腔210中，进光端110可以与激发光源件500的发光端相对，分光镜300可以与出光端120相对，分光镜300可以位于图像接收器400与自聚焦透镜600之间。

在携带式单光子钙成像摄像装置的使用过程中，激发光源件500发射出刺激光至散光透镜100的进光端110处，刺激光从出光端120的出光面射出，由上述可知，出光端120的出光面为多个出光点在笛卡尔坐标系上形成曲线旋转形成的凸面，从而使得多个出光点射出的多个光线能够均匀且扩散地发射至分光镜300处，分光镜300将刺激光反射至自聚焦透镜600处，刺激光穿过自聚焦透镜600至活体脑部，活体脑部的GCaMP病毒经过刺激光刺激而发射出绿色荧光而依次穿过自聚焦透镜600和分光镜300至图像接收器400处，从而生成脑部荧光图像。

在本申请公开的携带式单光子钙成像摄像装置中，包括散光透镜100、壳体200、分光镜300、图像接收器400、激发光源件500和自聚焦透镜600，壳体200可以开设有内腔210，第一开口220、第二开口230和第三开口240，第一开口220、第二开口230和第三开口240均可以与内腔210连通，第一开口220可以和第二开口230相对，图像接收器400、激发光源件500和自聚焦透镜600均可以设置于壳体200上，图像接收器400的接收面可以与第一开口220相对，自聚焦透镜600可以与第二开口230相对，激发光源件500可以与第三开口240相对，分光镜300和散光透镜100均可以设置于内腔210中，进光端110可以与激发光源件500的发光端相对，分光镜300可以与出光端120相对，分光镜300可以位于图像接收器400与自聚焦透镜600之间。上述结构中，由于散光透镜100将刺激光的进行扩束，从而扩大刺激光在活体脑部的照射面积，从而扩大活体脑部反射的绿色荧光的光束，从而扩大图像接收器400上生成的脑部荧光图像大小。

同时，刺激光束是均匀且扩大地照射至活体脑部，即活体脑部的GCaMP病毒是受到均匀光照强度的刺激光的光束照射，活体脑部的GCaMP病毒受到刺激而产生的绿色荧光也是均匀的，从而提高脑部荧光图像的清晰度。

在本申请实施例中，携带式单光子钙成像摄像装置还可以包括荧光滤光片1000，具体地，荧光滤光片1000可以设置于内腔210中，荧光滤光片1000可以位于分光镜300与图像接收器400之间，其中，荧光滤光片1000用于仅绿色荧光通过，从而避免其它色的光线传递至图像接收器400上而导致对脑部荧光图像的生成造成干扰。

在本申请实施例中，携带式单光子钙成像摄像装置还可以包括消色差透镜700，具体地，消色差透镜700可以设置于内腔210中，消色差透镜700可以位于分光镜300与自聚焦透镜600之间，消色差透镜700用于消除绿色荧光或者刺激光的色差和球差，在刺激光和绿色荧光的传递过程中均会出现色差和球差，其中，色差是源于不同波长的光线在玻璃里的色散和折射系数的差异，从而导致不同波长的光线有不同的焦点；球差是轴上物点发出的光束，经光学系统以后，与光轴夹不同角度的光线交光轴于不同位置，因此，在像面上形成一个圆形弥散斑。可见，上述结构能够通过消色差透镜700来提高图像接收器400的分辨率。

在本申请实施例中，携带式单光子钙成像摄像装置还可以包括聚焦透镜800，具体地，聚焦透镜800可以设置于内腔210中，聚焦透镜800可以位于分光镜300与自聚焦透镜600之间，聚焦透镜800能够调整绿色荧光或者刺激光有偏心之类的小偏差，从而使得绿色荧光或者刺激光的大部分光线能够穿过聚焦透镜800到达指定的位置。

在本申请实施例中，携带式单光子钙成像摄像装置还可以包括液体透镜900和控制器，具体地，液体透镜900可以设置于内腔210中，控制器可以设置于壳体200上，液体透镜900可以位于分光镜300与自聚焦透镜600之间，控制器可以与液体透镜900电连接，在液体透镜900处于通电状态的情况下，控制器能够控制液体透镜900变形，其中，液体透镜900是将液体作为散光透镜100通过改变液体的曲率来改变焦距，从而实现携带式单光子钙成像摄像装置的自动对焦和变焦，从而提高携带式单光子钙成像摄像装置拍摄的图像效果。

在本申请实施例中，携带式单光子钙成像摄像装置还可以包括电池，具体地，电池可以设置于壳体200上，图像接收器400和液体透镜900均可以与电池电连接，从而使得携带式单光子钙成像摄像装置能够脱离通过电连接件连接电源，从而使得携带式单光子钙成像摄像装置能够方便活体自由活动。

在本申请实施例中，进光端110的进光面可以贴设有蓝光滤光层130，由于刺激光中的蓝光波段能够对激发GCaMP病毒产生绿色荧光，蓝光滤光层130只能够允许刺激光中的蓝光通过，从而避免其它色波段的光线照射至活体脑部而造成不良影响。

所公开的散光透镜以光源的位置为原点建立笛卡尔坐标系，由多个透镜型面表面点拟合的拟合曲线通过旋转来形成一个闭合三维模型，闭合三维模型为透镜100，多个透镜型面表面点在笛卡尔坐标系的坐标位置均可由以下公式得出：

其中，x为多个透镜型面表面点中任意一者在笛卡尔坐标系上的X轴坐标值，y为多个透镜型面表面点中任意一者在笛卡尔坐标系上的Y轴坐标值，N_ix为多个透镜型面表面点中任意一者在笛卡尔坐标系上的X轴方向的法向分量，N_iy为多个透镜型面表面点中任意一者在笛卡尔坐标系上的Y轴方向的法向分量，I_(i+1)x为多个透镜型面表面点中任意一者与之匹配的入射光在笛卡尔坐标系上的X轴方向的单位矢量，I_(i+1)y为多个透镜型面表面点中任意一者与之匹配的入射光在笛卡尔坐标系上的Y轴方向的单位矢量，θ_j为多个透镜型面表面点中任意一者的方位，P_ix为多个透镜型面表面点中任意一者与之匹配的入射光的入射点在笛卡尔坐标系上的X轴坐标值，P_iy为多个透镜型面表面点中任意一者与之匹配的入射光的入射点在笛卡尔坐标系上的Y轴坐标值。

光源的辐射度分配是已知的，即光源发出的光线的能量分布是已知的，将光源视为一个点，其能量分配基本可近似为一个轴对称分布，如图6和图7所示，Ω做是光源的能量分布，S看作是光源发出的光线的期望的能量分布，将Ω和S分别做能量网格划分，对于Ω的划分，因为能量分布已知，因此可以在划分的时候保证每个网格内的能量是均等的；对于S的划分，在划分的时候也要保证每个网格内的面积的均等。

上述网格划分来计算透镜100的型面，则透镜100所能达到的光能量分配效果即是S上的能量分配，通过上述的能量划分，Ω与S每一网格的边界即已确定，因此，入射光矢量I_i就可以一一确定，通过Snell定律即可以计算出该点对应的法向矢量N_i，法向矢量N_i是该点能够将入射光线折射到指定位置的曲面法向矢量，利用法向矢量迭代通过上述公式逐一计算出多个透镜型面表面点。

在透镜100的使用过程中，刺激光源需要对活体脑部的照射区域进行照射，刺激光源发出的多个光线被透镜100的折射，由于透镜100为闭合三维模型，闭合三维模型由多个透镜型面表面点拟合的拟合曲线通过旋转而形成，从而使得刺激光源发出的多个光线经过透镜100的折射而能够均匀且扩散得射出，从而使得多个光线对活体脑部的照射面积变大，并且由图8和图9所示，图8为通过透镜100照射的拍摄的脑部神经元图像，图9为没有通过透镜100照射的拍摄的脑部神经元图像，其中，图8和图9为相同放大比例的图像。

在本申请实施例中，散光透镜100可以为亚克力透镜，具体地，亚克力透镜由亚克力材料制成，亚克力材料具有质量轻、透光率较高，同时，亚克力材料有良好的加工性能。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种携带式单光子钙成像摄像装置，包括散光透镜、壳体、分光镜、图像接收器、激发光源件和自聚焦透镜，其特征在于，所述散光透镜包括进光端和出光端，所述壳体开设有内腔，第一开口、第二开口和第三开口，所述第一开口、所述第二开口和所述第三开口均与所述内腔连通，所述第一开口和所述第二开口相对，所述图像接收器、所述激发光源件和所述自聚焦透镜均设置于所述壳体上，所述图像接收器的接收面与所述第一开口相对，所述自聚焦透镜与所述第二开口相对，所述激发光源件与所述第三开口相对，所述分光镜和所述透镜均设置于所述内腔中，所述透镜包括相背的进光端和出光端，所述进光端与所述激发光源件的发光端相对，所述分光镜与所述出光端相对，所述分光镜位于所述图像接收器与所述自聚焦透镜之间。

2.根据权利要求1所述的携带式单光子钙成像摄像装置，其特征在于，所述携带式单光子钙成像摄像装置还包括荧光滤光片，所述荧光滤光片设置于所述内腔中，所述荧光滤光片位于所述分光镜与所述图像接收器之间。

3.根据权利要求1所述的携带式单光子钙成像摄像装置，其特征在于，所述携带式单光子钙成像摄像装置还包括消色差透镜，所述消色差透镜设置于所述内腔中，所述消色差透镜位于所述分光镜与所述自聚焦透镜之间。

4.根据权利要求1所述的携带式单光子钙成像摄像装置，其特征在于，所述携带式单光子钙成像摄像装置还包括聚焦透镜，所述聚焦透镜设置于所述内腔中，所述聚焦透镜位于所述分光镜与所述自聚焦透镜之间。

5.根据权利要求1所述的携带式单光子钙成像摄像装置，其特征在于，所述携带式单光子钙成像摄像装置还包括液体透镜和控制器，所述液体透镜设置于所述内腔中，所述控制器设置于壳体上，所述液体透镜位于所述分光镜与所述自聚焦透镜之间，所述控制器与所述液体透镜电连接，在所述液体透镜处于通电状态的情况下，所述控制器控制所述液体透镜变形。

6.根据权利要求5所述的携带式单光子钙成像摄像装置，其特征在于，所述携带式单光子钙成像摄像装置还包括电池，所述电池设置于所述壳体上，所述图像接收器和所述液体透镜均与所述电池电连接。

7.根据权利要求1所述的携带式单光子钙成像摄像装置，其特征在于，所述进光端的进光面贴设有蓝光滤光层。

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