一种微距自浸式显微成像系统及其显微成像方法

1.本发明属于显微成像技术领域，具体涉及一种微距自浸式显微成像系统及其显微成像方法。


背景技术：

2.显微镜被广泛用于生物、医疗等各个行业，医疗上用显微镜观察肉眼不可分辨的细菌、细胞、微生物等形态。大多显微镜在用于生物观察时都需要载玻片辅助，观察附着于载玻片附近层面的细胞或微生物，该操作方法容易导致观察对像在接触载玻片或空气时活性降低，影响观察结果可信度。医学上很多活细胞及游动性的对像在自身生存环境中表现很强的活性，在接触空气或其他介质后容易降低或丧失活性，因此观察时需保证其生存坏境条件。很多游动性微生物或细胞的生存条件为液体环境，因此需要显微镜物镜能够浸润液体。但诸多液体透明度较低，而显微镜的工作距离较长，工作距内的低透明度液体影响显微镜成像的清晰度。
3.很多被观测目标的尺寸很小，游动性很强，需要对不同层面的目标观察，增加采集的数据量，采用统计的方法进行数据处理，提高观测结果可靠性。


技术实现要素：

4.本发明为了克服上述现有技术中的缺陷，为了实现多层目标在液体坏境中的清晰显微成像，提出了一种微距自浸式显微成像系统及其显微成像方法。为实现上述目的，本发明采用以下具体技术方案：
5.在第一方面，本发明提供了一种微距自浸式显微成像系统，该系统包括浸液透镜、透镜组、光阑、前固定镜组、变倍镜组、补偿镜组、调焦镜组和相机；其中，所述浸液透镜用于与样本所在液体环境浸润接触；所述光阑用于改变光通量；照明光路依次经过浸液透镜、透镜组、光阑、前固定镜组、变倍镜组、补偿镜组、调焦镜组，汇聚于相机；所述前固定镜组用于将所述透镜组的像成像至所述变倍镜组所要求的物平面。
6.优选地，所述浸液透镜为双凸透镜，焦距为2.2mm～3.2mm，材料折射率范围为1.73～1.75，阿贝数范围43～45。
7.优选地，所述透镜组用于将进入所述浸液透镜的光整合至光阑，所述透镜组的组合焦距为8.0mm～10mm，所述透镜组的材料折射率范围依次为1.73～1.75、1.74～1.76和1.6～1.65，所述透镜组的阿贝数范围依次为43～46、25～30和52～58。
8.优选地，所述前固定镜组为弯月透镜，焦距为22mm～30mm，折射率范围为1.75～1.82，阿贝数范围为23～25。
9.优选地，所述变倍镜组为双凸正透镜，焦距为30mm～40mm，折射率范围为1.45～1.5，阿贝数范围为77～82。
10.优选地，所述补偿镜组为弯月透镜，焦距为65～74mm，折射率范围为1.75～1.82，阿贝数范围为23～25。
11.优选地，所述调焦镜组的焦距为35mm～43mm，折射率范围为1.65～1.72，阿贝数范围为53～58。
12.优选地，该系统的物方层析观测范围为
±
0.02mm。
13.在第二方面，本发明还提供了一种微距自浸式显微成像方法，该显微成像方法包括以下步骤：
14.步骤1、对本发明所提供的微距自浸式显微成像系统进行标定；
15.步骤2、将目标样本置于样品池中，并将样品池置于样品平台；
16.步骤3、将样品池中的目标样本与所述微距自浸式显微成像系统的浸液透镜接触，开启光源照亮目标样本，照亮目标样本的光依次经过浸液透镜、透镜组、光阑、前固定镜组、变倍镜组、补偿镜组、调焦镜组，汇聚于相机。
17.优选地，所述光源选自复色光或单色光；当所述光源为单色光时，其波段范围为470nm～630nm。
18.本发明能够取得以下技术效果：
19.本发明通过设计一种微距自浸式层析变倍显微成像结构，该结构下物镜的工作距很小，工作距内低透明度的液体环境对成像影响较小，同时物镜与液体环境为自浸接触，能够用于观察活细胞或微生物，而且能够层析观察，增加观察数据量，提高可靠度，保障层析观测过程中液面的稳定性。此外，为适用于多种分辨率及多种放大倍率的需求，显微物镜设计为变倍结构，该变倍结构为轴向变倍，省略了不同倍率使用时物镜的切换过程，精简了系统结构。
附图说明
20.图1是本发明一个实施例的微距自浸式显微成像系统的光路图；
21.图2是本发明一个实施例的微距自浸式显微成像系统的光路图；
22.图3是本发明一个实施例的微距自浸式显微成像系统的光路图。
23.附图标记：
24.浸液透镜1，透镜组2，光阑3，前固定镜组4，变倍镜组5，补偿镜组6，调焦镜组7，相机8。
具体实施方式
25.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。
26.本发明的目的是提供一种微距自浸式显微成像系统及其成像方法。下面将对本发明提供的一种微距自浸式显微成像及其成像方法，通过具体实施例来进行详细说明。
27.图1是本发明一个实施例的微距自浸式显微成像系统的光路图，所述照明光路依次经过浸液透镜1、透镜组2、光阑3、前固定镜4、变倍镜组5、补偿镜组6、调焦镜组7，汇聚于相机8，所述变倍镜组5为双凸正透镜，所述补偿镜组6为弯月透镜，所述变倍镜组5与所述补偿镜组6相抵接，且所述变倍镜组5与所述前固定镜4间隔分布，且所述补偿镜组6与所述调焦镜组7间隔分布。
28.优选地，所述浸液透镜为双凸透镜，焦距2.2～3.2mm，材料折射率范围为1.73～1.75，阿贝数范围为43～45。
29.优选地，所述透镜组用于将进入浸液透镜的光整合至光阑，所述透镜组的组合焦距为8.0mm～10mm，所述透镜组的材料折射率范围依次为1.73～1.75、1.74～1.76和1.6～1.65，所述透镜组的阿贝数范围依次为43～46、25～30和52～58。
30.优选地，所述前固定镜组为弯月透镜，焦距为22mm～30mm，折射率范围为1.75～1.82，阿贝数范围为23～25。
31.优选地，所述变倍镜组为双凸正透镜，焦距为30mm～40mm，折射率范围为1.45～1.5，阿贝数范围为77～82。
32.优选地，所述补偿镜组为弯月透镜，焦距为65～74mm，折射率范围为1.75～1.82，阿贝数范围为23～25。
33.优选地，所述调焦镜组的焦距为35mm～43mm，折射率范围为1.65～1.72，阿贝数范围为53～58。
34.优选地，该系统的物方层析观测范围为
±
0.02mm。
35.在第二方面，本发明还提供了一种微距自浸式显微成像方法，该显微成像方法包括以下步骤：
36.步骤1、对本发明所提供的微距自浸式显微成像系统进行标定；
37.步骤2、将目标样本置于样品池中，并将样品池置于样品平台；
38.步骤3、将样品池中的目标样本与所述微距自浸式显微成像系统的浸液透镜接触，开启光源照亮目标样本，照亮目标样本的光依次经过浸液透镜、透镜组、光阑、前固定镜组、变倍镜组、补偿镜组、调焦镜组，汇聚于相机。
39.优选地，所述光源选自复色光或单色光；当所述光源为单色光时，其波段范围为470nm～630nm。
40.图2为本发明一个实施例的微距自浸式显微成像系统的光路图，所述照明光路依次经过浸液透镜1、透镜组2、光阑3、前固定镜4、变倍镜组5、补偿镜组6、调焦镜组7，汇聚于相机8，所述变倍镜组5为双凸正透镜，所述补偿镜组6为弯月透镜，所述变倍镜组5与所述补偿镜组6相间隔分布，且所述变倍镜组5与所述前固定镜4间隔分布，且所述补偿镜组6与所述调焦镜组7间隔分布，所述变倍镜组5与所述补偿镜组6之间的间隔小于所述变倍镜组5与所述前固定镜4的间隔，所述变倍镜组5与所述补偿镜组6之间的间隔小于所述补偿镜组6与所述调焦镜组7的间隔。
41.图3为本发明一个实施例的微距自浸式显微成像系统的光路图，所述照明光路依次经过浸液透镜1、透镜组2、光阑3、前固定镜4、变倍镜组5、补偿镜组6、调焦镜组7，汇聚于相机8，所述变倍镜组5为双凸正透镜，所述补偿镜组6为弯月透镜，所述变倍镜组5与所述补偿镜组6相间隔分布，且所述变倍镜组5与所述前固定镜4间隔分布，且所述补偿镜组6与所述调焦镜组7间隔分布，所述变倍镜组5与所述补偿镜组6之间的间隔大于所述变倍镜组5与所述前固定镜4的间隔，所述变倍镜组5与所述补偿镜组6之间的间隔小于所述补偿镜组6与所述调焦镜组7的间隔。
42.本发明的主要结构为显微镜浸润于观测目标所属的液体环境中，浸液镜头附近的活性目标被光源照亮后，光线进入微距显微物镜，经浸液镜头、固定镜组、变倍镜组、层析镜
组放大成像于相机，通过调整相机的曝光时间可实时观测目标的特性，如精液中精子的游动特征。该微距自浸式层析变倍显微成像结构的物方数值孔径与放大倍率、物方视场相对应，高倍率结构对应大数值孔径、小视场。变倍结构为轴向变倍，采用轴向移动镜组的结构实现不同倍率的切换，包括变倍镜组、补偿镜组、固定镜组，层析镜组的移动用以实现不同层目标的观测与像面清晰成像的调焦。
43.本发明采用微距自浸式变倍显微成像技术，解决了液体环境下观测活性细胞或游动性微生物困难的问题，利用自浸式成像技术，使得显微物镜能直接浸润于液体坏境，浸液透镜能够适应于多数液体环境，如血液、精液、尿液等，且容易清洁。同时采用微距成像技术，解决长工作距物镜在低透明度液体中成像不清楚的问题，微距成像物镜不仅可以用于透明度高的液体环境，也可以用于透明度低的液体环境。显微镜物镜设计为层析成像结构，成像物面随物镜中的调焦镜片移动而发生改变，从而实现不同液体层面目标的成像，提高了层析观测过程中液面的稳定性。显微成像系统设计了轴向变倍结构，解决了传统显微镜不同倍率使用时需要切换物镜的过程，精简了系统结构，减小系统体积，能够满足多种倍率的使用需求。
44.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
45.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
46.以上本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。