一种高分辨率便携式显微镜系统及其测量方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于生物医学诊断和海洋环境监测领域，设及一种应用于微生物、致病菌 及海洋环境相关参量的测量系统及测量方法，具体地说是一种便携式的高分辨率显微镜系 统和测量方法。
【背景技术】
[0002] 显微镜是生物医学诊断和海洋环境监测中最常用、最高效的检测仪器。然而由于 其较为庞大的尺寸W及高昂的造价，显微镜的应用领域和使用环境一直受局限。在生物医 学领域，尤其在偏远山区和不发达地区，常见的疾病检测，如导致人腹泻的水生寄生虫、大 肠杆菌，导致血液疾病的血丝虫，W及蚊虫叮咬所造成的追疾等，由于医疗条件所限，运些 疾病的检测成为一个令人困扰的问题，导致运些疾病的发病率逐年攀升，且病死率也居高 不下;在海洋环境监测领域，存在着海洋环境微生物，溢油及检测效率较低，成本高昂的问 题，需远程采集样本后再带回实验室才能检测的弊端，远洋科考有着实际的检测需求等。运 些实际问题促使医学界寻找更适用于运些监测环境的低成本、便携式且高分辨率的检测仪 器。目前为止还没有比较权威的产品出现，国外对运类便携式显微镜的研究仍处于实验室 研究阶段，而在国内，对本领域的研究还处于初始阶段，各方面都还有很大的提升空间。
[0003] 根据运类检测需求，国外目前采用的检测方式主要分无透镜式显微镜和有透镜式 显微镜两类。国外研究团队研制的基于普通光学显微镜平台手机显微镜结构大多实现了便 携、图像远程无线传输等功能，然而在提高分辨率、大视场等方面仍然存在一定缺陷。
【发明内容】
[0004] 本发明针对上述显微镜存在的不足，提供一种结构简单，分辨率高，观测视场大， 可实现观测图像无线传输的高分辨率便携式显微镜系统，包括调焦螺旋式套筒、透镜组和 锥形光纤探头模块，CMOS成像模块W及个人电脑;对样本进行前期处理准备后，放置于锥形 光纤阵列入射面，上下旋转螺旋式套筒进行调焦，观察电脑端图像显示界面，待图像清晰后 停止调节调焦套筒。
[0005] 本发明包括两个部分：1、一种适用于安装在手机摄像头端的成像装置，该装置包 括可拆卸的光学模块与手机两部分，其中可拆卸的光学模块由外壳和光学组件组成，外壳 由调焦螺旋式套筒，纽扣电池盒，光锥调焦螺栓组成，光学组件由辅助Lm)光源，进行光学禪 合的第一级图像放大光传输器件和用于二次图像放大的光传输器件，锥形光纤阵列（简称 光锥)组成；
[0006] 2、一种基于手机设备的图像增强与处理系统。其包括除用于图像获取的手机显微 镜系统中的所述部件外，还包括在手机设备上执行的编程W用于对所述部件获得的图像进 行增强操作。
[0007] 有益效果：
[000引1、本发明的系统及方法可W操作简单的方式用于生物医学领域人体致病菌诊断、 海洋环境微生物及溢油检测，对于普通粉末类样本及海水样本可w直接放置于锥形光纤阵 列入射面进行测试，不需要特殊处理，操作简单，不需要专业化操作，可W输出高分辨率图 像。从实验测试结果上看，分辨率可W达到亚微米级，便携化，简单的操作使用体验，决定了 其广阔的使用前景和价值。
[0009] 2、本发明体积较小，可W基本达到普通光学显微镜平台的放大作用及功能，然而 体积只有其四分之一，根据光锥放大倍数的不同，可W通过调节光学透镜组放大倍数与光 锥的参数，实现几百倍左右的放大倍数。可W与智能手机组成手机显微镜系统，也可直接结 合普通光学显微镜目镜进行实验检测，。
【附图说明】
[0010] 图1示出了本发明的系统结构图。
[0011] 图2示出了图像增强步骤的流程图。
[0012] 图示；
[0013]图1中
[0014] A、手机成像端B、可拆卸的成像装置
[0015] M、第一级光传输器件N、第二级光传输器件0、第Ξ级光传输器件
[0016] 1.智能手机、2.上级调焦套筒、3.微调螺栓、4.物镜套筒、5.光锥、6.样本、7.聚光 透镜、8.聚光透镜、9丄邸、10.纽扣电池、11.滤光片、12.下级调焦套筒、13.手机摄像头、14. 光锥调节螺栓
[0017]图2中
[0018] A、手机客户端界面B、服务器端执行的操作
【具体实施方式】
[0019] 图1示出了用于本发明的一种便携式的高分辨率手机显微镜系统透视图，其中，手 机设备为诺基亚Lumial020，而用于成像装置的手机设备可W是任意类型的自带摄像头模 块智能手机设备。图B部分为手机固定模块，使用可伸缩支架，用于固定具有摄像头模块的 智能手机，图A部分为可拆卸的成像装置，用于对检测样本进行初级放大及图像校正。
[0020] 图1中Μ模块示出了用于图像增强成像的第一级传输器件，该级光传输器件中外置 L抓光源9、聚光透镜8、滤光片11、聚光透镜7串联且同轴堆叠于第一级调焦套筒12内壁，提 供系统光源，并获得可覆盖至视场范围的均匀光照，W及将光线更好的聚焦在样本表面，其 中LED光源可W根据不同需要选定不同波段进行使用，此处由四枚常规、廉价的白色Lm)灯 泡组成，发光二极管两两之间与中屯、点呈90度均匀分布在物镜镜头周围。L抓光源采用2节 1.5V纽扣电池串联供电，纽扣电池盒位于套筒外壁。
[0021] 图1中饰莫块示出了用于光线禪合和放大作用的第二级光传输器件，其中，由聚光 透镜7与光锥入射面的样本放置位置附接，在使用前会调节聚光透镜7与样本距离，直至光 线被更好的聚焦于样本中屯、。样本被放置于光锥入射面6的位置，通过调整光锥调节螺栓14 W对样本进行全面的观察。
[0022] 光锥模块，可W利用其具有的较高能量禪合效率的优势将可见光图像高效的传输 到光学显微镜透镜组内，且本身光锥具有10倍W内的放大作用。直接将制备好的样本(生物 医学或者海洋环境微生物样本)放置于入射端，在出射端可得到放大的图像。
[0023] 图1中0模块示出了用于图像放大作用的第Ξ级光传输器件，其中采用的物镜为消 色差物镜(X20)，上级调焦套筒可W调节手机摄像头与物镜之间的距离，此处也可W选择手 机摄像头--目镜--物镜的成像模式，在选用合适的目镜会进一步增大放大倍率。而此处考 虑到控制显微镜套筒的长度并未使用目镜作为成像的部件。
[0024] 本发明中的螺旋式调焦套筒采用侣合金结构，分为两部分，可W用于调节：1、物镜 与手机摄像