一種增大景深的顯微光學(xué)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種增大景深的顯微光學(xué)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 在光學(xué)顯微鏡的不斷發(fā)展過程中，其功能越來越強(qiáng)大，但是由于在顯微光學(xué)系統(tǒng) 中，顯微物鏡的放大倍率越高，數(shù)值孔徑越大，其景深越小，微小的離焦就會造成目標(biāo)丟失， 所以在顯微鏡的實(shí)際應(yīng)用中，在保持成像系統(tǒng)的成像質(zhì)量的同時擴(kuò)大成像系統(tǒng)的景深范圍 具有十分重要的意義。在現(xiàn)今的顯微成像領(lǐng)域中，更多的是在通過掃描成像來進(jìn)行提高顯 微系統(tǒng)景深的研究。然而掃描成像法需要系統(tǒng)在掃描計(jì)算上消耗大量時間，且只能應(yīng)用在 靜態(tài)樣品的觀察中，無法對活體樣本或流體樣本進(jìn)行觀察。在流體細(xì)胞顯微成像的實(shí)際應(yīng) 用中，需要在滿足一定景深要求的同時對細(xì)胞進(jìn)行實(shí)時拍攝。
[0003] 因此，現(xiàn)有技術(shù)還有待于改進(jìn)和發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種增大景深的顯微光學(xué)系 統(tǒng)，旨在解決現(xiàn)有的顯微光學(xué)系統(tǒng)無法同時保證成像質(zhì)量以及擴(kuò)大景深范圍的問題。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0006] -種增大景深的顯微光學(xué)系統(tǒng)，其中，包括：
[0007] 用于放置樣本的樣本臺；
[0008] 位于樣本臺下方的照明系統(tǒng)和光源；
[0009] 位于樣本臺上方的顯微物鏡；
[0010] 位于顯微物鏡上方的管鏡；
[0011] 位于顯微物鏡與管鏡之間或者位于管鏡上方的分光棱鏡；
[0012] 至少2個位于分光棱鏡成像面的成像元件，各成像元件具有不同的后截距。
[0013] 所述的增大景深的顯微光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述分光棱鏡和管鏡均設(shè)置為1個，分光 棱鏡位于管鏡上方，所述成像元件為2個，其中一個成像元件位于標(biāo)準(zhǔn)像面，另一個成像元 件所拍攝物面與標(biāo)準(zhǔn)物面的距離為一個景深。
[0014] 所述的增大景深的顯微光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述分光棱鏡設(shè)置為1個，所述分光棱鏡 位于顯微物鏡上方；所述管鏡設(shè)置為2個，其中一個管鏡位于分光棱鏡上方，另一個管鏡位 于分光棱鏡的分光方向的側(cè)邊；所述成像元件為2個，其中一個成像元件位于標(biāo)準(zhǔn)像面，另 一個成像元件所拍攝物面與標(biāo)準(zhǔn)物面的距離為一個景深。
[0015] 所述的增大景深的顯微光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述分光棱鏡設(shè)置為2個，并且沿著照明 系統(tǒng)出光方向并排設(shè)置且均設(shè)置在顯微物鏡上方；所述成像元件設(shè)置為3個，其中一個位 于標(biāo)準(zhǔn)像面，一個所拍攝物面與標(biāo)準(zhǔn)物面的距離為一個景深，另一個所拍攝物面與標(biāo)準(zhǔn)物 面的距離為二個景深。
[0016] 所述的增大景深的顯微光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述分光棱鏡的分光比為50% :50%。
[0017] 所述的增大景深的顯微光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述管鏡包括1個雙膠合透鏡和1個彎月 透鏡。
[0018] 所述的增大景深的顯微光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述顯微光學(xué)系統(tǒng)的放大倍率為20倍。
[0019] 所述的增大景深的顯微光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述顯微光學(xué)系統(tǒng)還連接一圖像處理模 塊，用于將不同成像元件所拍攝的圖像進(jìn)行合成處理，提取各圖像中的特征信息進(jìn)行重構(gòu)。
[0020] 所述的增大景深的顯微光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述照明系統(tǒng)包括集光鏡組和聚光鏡組。
[0021] 所述的增大景深的顯微光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述成像元件為CCD或CMOS感光元件。
[0022] 有益效果：本發(fā)明在傳統(tǒng)的顯微光學(xué)系統(tǒng)基礎(chǔ)上，增加了分光棱鏡，通過改變光學(xué) 系統(tǒng)后截距的方式改變所拍攝的物面位置，這樣不同成像元件所拍攝的物面位置不同。本 發(fā)明實(shí)現(xiàn)了在不影響成像質(zhì)量的情況下實(shí)現(xiàn)增大景深并實(shí)時拍攝活體樣本或流體樣本的 高分辨率圖像的功能。
【附圖說明】
[0023] 圖1為本發(fā)明顯微光學(xué)系統(tǒng)的原理示意圖。
[0024] 圖2為本發(fā)明顯微光學(xué)系統(tǒng)實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025] 圖3a至圖3c為實(shí)施例一所拍攝的細(xì)胞圖像。
[0026] 圖4為本發(fā)明顯微光學(xué)系統(tǒng)實(shí)施例二的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027] 圖5為本發(fā)明顯微光學(xué)系統(tǒng)實(shí)施例三的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028] 本發(fā)明提供一種增大景深的顯微光學(xué)系統(tǒng)，為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及效果 更加清楚、明確，以下對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅 用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0029] 本發(fā)明所提供的一種增大景深的顯微光學(xué)系統(tǒng)，其包括：
[0030] 用于放置樣本的樣本臺；
[0031] 位于樣本臺下方的照明系統(tǒng)和光源；所述照明系統(tǒng)可以是科勒照明，包括集光鏡 組和聚光鏡組。光源位于照明系統(tǒng)下方。
[0032] 位于樣本臺上方的顯微物鏡；
[0033] 位于顯微物鏡上方的管鏡；所述管鏡包括1個雙膠合透鏡和1個彎月透鏡。所述 顯微光學(xué)系統(tǒng)的放大倍率為20倍。例如，顯微物鏡的焦距為4. 5mm，管鏡的焦距為90mm，放 大倍率為管鏡焦距與顯微物鏡焦距之比。
[0034] 位于顯微物鏡與管鏡之間或者位于管鏡上方的分光棱鏡；所述分光棱鏡的分光比 優(yōu)選為50% :50%。
[0035] 至少2個位于分光棱鏡成像面的成像元件，各成像元件具有不同的后截距。成像 元件可以是C⑶或CMOS感光元件。
[0036] 本發(fā)明所采用的顯微物鏡為通用的顯微物鏡，其出射光線為類平行光，在增加分 光棱鏡后，通過分光棱鏡的分光，獲得至少2個成像面，分別用成像元件接收。而不同成像 元件在顯微光學(xué)系統(tǒng)具有不同的后截距，后截距是指光學(xué)顯微系統(tǒng)最后一面與成像面的距 離。
[0037] 在光學(xué)顯微系統(tǒng)中，不同的像面位置對應(yīng)不同的物面位置，像面位置的偏移會使 系統(tǒng)實(shí)際拍攝的物面與理論物面有一微小偏移量。再經(jīng)過圖像處理對所拍攝的圖像進(jìn)行融 合，可以得到所有成像元件分別對應(yīng)的每個實(shí)際物面景深范圍內(nèi)所有物體清晰成像的顯微 圖像，并提高圖像的清晰度，從而在不影響成像質(zhì)量的情況下增大顯微系統(tǒng)的景深。
[0038] 圖1為本發(fā)明顯微光學(xué)系統(tǒng)的原理示意圖。圖中0為標(biāo)準(zhǔn)物面，I為標(biāo)準(zhǔn)像面，dl 為位于I'面的成像元件的實(shí)際像面與標(biāo)準(zhǔn)像面的偏移量，0'為這一成像元件所拍攝的實(shí) 際物面位置，ds為所拍攝的實(shí)際物面位置與標(biāo)準(zhǔn)物面的偏移量。L為具有最大后截距差的 兩成像元件的后截距差值，S為其對應(yīng)的最大物面偏移量。
[0039] 本發(fā)明的顯微光學(xué)系統(tǒng)的垂軸放大倍率β為：
[0040]
[0041] 公式中，f'胃管鏡焦距，f' 顯微物鏡焦距。
[0042] 顯微光學(xué)系統(tǒng)軸向放大倍率α和垂軸放大倍率β之間的對應(yīng)關(guān)系為：
[0043] α=β2
[0044] 根據(jù)上述公式可知，實(shí)際像面與標(biāo)準(zhǔn)像面的偏移量dl和實(shí)際物面與標(biāo)準(zhǔn)物面的 偏移量ds之間的對應(yīng)關(guān)系為：
[0045] dl=ds·α
[0046] 故系統(tǒng)所拍攝的最大物面間距S為：
[0047] S=L/a
[0048] 其中，L:具有最大后截距差的兩成像元件的后截距之差。
[0049] 已知分光前顯微光學(xué)系統(tǒng)的景深DF為：
[0050]
[0051] 公式中η:顯微光學(xué)系統(tǒng)所在空間折射率；
[0052] e:成像元件的象元尺寸；
[0053] NA:數(shù)值孔徑；
[0054] Μ:總放大率；
[0055] λ:光波波長。
[0056] 本發(fā)明的顯微光學(xué)系統(tǒng)加入多個成像元件，對多個像面進(jìn)行接收，每個像面所對 應(yīng)的物面在景深范圍內(nèi)都能清晰成像，故本發(fā)明的顯微光學(xué)系統(tǒng)的景深為具有最小后截距 的成像元件所對應(yīng)的物面的后景深到具有最大后截距的成像元件所對應(yīng)的物面的前景深 的距離，即系統(tǒng)所拍攝的最大物面間距與一個前景深和一個后景深之和。又光學(xué)系統(tǒng)的景 深為前景深與后景深之和，故本發(fā)明的顯微光學(xué)系統(tǒng)的實(shí)際景深DF'可表示為：
[0057] DF，=DF+S
[0058] 多個成像元件可同時進(jìn)行圖像的接收，實(shí)際操作中與電氣元件配合，達(dá)到很好的 同步性。所述顯微光學(xué)系統(tǒng)還連接一圖像處理模塊，用于將不同成像元件所拍攝的圖像進(jìn) 行合成處理，提取各圖像中的特征信息進(jìn)行重構(gòu)。即對所拍攝的多幅圖像進(jìn)行融合、去噪、 特征提取和重構(gòu)等處理，最大限度的提取各圖片中的有