一种用于鞘流光学成像的照明装置的制作方法

本发明涉及体外诊断粒子形态分析技术领域，尤其涉及一种用于鞘流光学成像的照明装置。

背景技术：

目前传统电子显微镜均采用led光源加柯勒聚光镜来实现背光照明，这种持续照明方式对静态样本成像有诸多好处，亮度稳定均匀，成像锐度高。但是，当采用传统电子显微镜对鞘流器中流动粒子拍摄成像时，得到的图像会有很严重的运动拖影，图像模糊不清晰，无法对目标粒子进行形态分析。新型的荧光电子显微镜以及金相显微镜，对成像系统进行了改进升级，通过升级ccd相机曝光性能来实现对运动粒子较清晰的成像，但是，能忍耐的粒子运动速度十分有限，不适用于速度较高的鞘流场合。其中美国国家海洋科学实验室(blos)旗下公司产品flowcamnano就是采用这种方式，其微流道中流体运动速度不高。

同时，对于高速鞘流场合，如目前主流的具有图像采集功能的成像流式细胞仪,如美国merckmillipore旗下的amnis公司研制的成像流式细胞仪,更是采用tdi相机成像技术来实现高速粒子成像，众所周知，tdi相机为线阵相机，价格昂贵，而且成像控制极其复杂。

鞘流光学成像的一个关键难点是如何将流经鞘流装置的运动粒子通过光学电子显微镜拍摄清楚，保证图像质量，以便后续的图像分析及处理。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种能够将流经鞘流装置的运动粒子通过光学电子显微镜拍摄清楚，保证图像质量，以便后续的图像分析及处理的用于鞘流光学成像的照明装置。

为实现上述目的，本发明采用的一种用于鞘流光学成像的照明装置，包括光源和光接收组件，所述光源设置在所述光接收组件的一侧，所述光源为频闪氙灯，所述光接收组件包括镜筒、集光镜、可调孔径光阑和聚光镜，所述集光镜、所述可调孔径光阑和所述聚光镜均沿所述镜筒的长度延伸方向依次设置在所述镜筒的内部，且所述集光镜靠近所述光源；

所述集光镜为单片非球面透镜，所述集光镜上具有第一面部和第二面部，所述第一面部为散射面，所述第二面部为偶次非球面，且数值孔径大等于0.6，光线接收角大于90°，所述聚光镜上具有第三面部和第四面部，所述第三面部为偶次非球面，所述第四面部为标准球面，且数值孔径大等于0.75，焦距小等于16mm，光线汇聚角为45°。

其中，所述镜筒上具有对所述集光镜进行限位的第一凸台。

其中，所述光接收组件包括压圈，所述压圈与所述镜筒螺纹连接，且所述压圈与所述集光镜的所述第一面部相互抵持。

其中，所述镜筒上还具有开口和贯穿孔，所述可调孔径光阑与所述镜筒可拆卸连接，并位于所述开口处。

其中，所述光接收组件还包括锁定件，所述锁定件贯穿所述贯穿孔，并与所述可调孔径光阑螺纹连接。

其中，所述镜筒的外表壁上还具有刻痕，且所述刻痕位于所述开口的一侧。

其中，所述光接收组件还包括透镜内置环，所述透镜内置环的外表壁上具有外螺纹，所述透镜内置环通过所述外螺纹与所述镜筒螺纹连接，并位于所述镜筒靠近所述可调孔径光阑的一侧。

其中，所述透镜内置环上还具有第二凸台，所述聚光镜与所述透镜内置环粘接，并位于所述第二凸台的内部，且所述聚光镜的所述第四面部朝向远离所述可调孔径光阑的一侧。

其中，所述透镜内置环上还具有小孔，且所述小孔用于旋进螺栓。

本发明的有益效果体现在：通过所述光源选用频闪氙灯，所述集光镜为单片非球面透镜，所述第一面部为600目的散射面，所述第二面部为偶次非球面，且数值孔径大等于0.6，光线接收角大于90°，所述第三面部为偶次非球面，所述第四面部为标准球面，且数值孔径大等于0.75，焦距小等于16mm，光线汇聚角为45°，以此获得对鞘流器中高速流动样本实现均匀照明，减少运动粒子成像拖影，保证图像质量，具有可调性强，操作简单，低成本的效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的鞘流光学成像原理的结构示意图。

图2是本发明的照明光路zemax仿真结果示意图。

图3是本发明的鞘流光学成像的照明装置的整体结构示意图。

图4是本发明的鞘流光学成像的照明装置的结构剖面图。

图5是本发明的透镜内置环的结构示意图。

图6是本发明的压圈的结构示意图。

1-光源、2-发光电弧、3-集光镜、4-第一面部、5-第二面部、6-可调孔径光阑、7-聚光镜、8-第三面部、9-第四面部、10-第一凸台、11-开口、12-压圈、13-贯穿孔、14-透镜内置环、15-刻痕、16-锁定件、17-镜筒、18-外螺纹、19-小孔、20-第二凸台。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

本发明提供了一种用于鞘流光学成像的照明装置，包括光源和光接收组件，所述光源设置在所述光接收组件的一侧，所述光源为频闪氙灯，所述光接收组件包括镜筒、集光镜、可调孔径光阑和聚光镜，所述集光镜、所述可调孔径光阑和所述聚光镜均沿所述镜筒的长度延伸方向依次设置在所述镜筒的内部，且所述集光镜靠近所述光源；

所述集光镜为单片非球面透镜，所述集光镜上具有第一面部和第二面部，所述第一面部为散射面，所述第二面部为偶次非球面，且数值孔径大等于0.6，光线接收角大于90°，所述聚光镜上具有第三面部和第四面部，所述第三面部为偶次非球面，所述第四面部为标准球面，且数值孔径大等于0.75，焦距小等于16mm，光线汇聚角为45°。

在本实施方式中，鞘流光学成像原理如图1和图2所示，主要由所述光源、所述光接收组件、鞘流器、物镜和相机组成。所述光源发出的光线经过光接收组件后以发散的形式聚焦在鞘流器上，鞘流器中流动的样本经物镜成像在超短快门的相机上，并被计算机软件读取储存。

由于在鞘流光学成像系统中，被拍摄对象是在显微光路内高速运动的微粒样本，因而对该照明装置的要求更高。理想的照明光源装置应该具有以下特性:照明装置要产生瞬间足够强的亮度；照明装置要和相机一样要在颗粒飞临摄影区的准确时刻点亮；照明装置要具有高速连续点亮的能力，或频闪能力，以便连续拍摄颗粒照片；照明装置产生的光谱范围应该覆盖可见光范围。能够满足要求的光源如频闪放电管，高功率脉冲激光均造价昂贵。

当所述光源为频闪氙灯时，频闪氙灯利用氙气在超高压状态下激发放电的原理，能够产生瞬间色温在6000k-10000k的接近日光的照明，具有辐射亮度高、宽光谱输出、运行可靠及适用性强、寿命高等特点。因此优选频闪氙灯作为我们的所述光源。

其中所述光源的发光电弧高度为1mm至3mm，发光谱线范围为200nm至2000nm，发光频率是根据样本鞘流速度以及相机采集帧率共同决定，这里我们的样本流速度为1m/s,重复闪光频率为300hz至500hz。

显微镜常用的照明方式为科勒照明和临界照明。科勒照明系统光学均匀明亮，无耀眼的眩光，但是系统更加复杂，并且要获得照明光线较大发散角需要更精细的光学设计，增加了研发成本以及系统复杂性。而临界照明系统简单，成本可控且理论上具有更大的分辨率，在能满足照明需求的条件下优选临界照明系统。

所述光接收组件是由所述集光镜、所述可调孔径光阑和所述聚光镜组成。不同于一般的所述集光镜动辄由三片甚至更多透镜组成，我们采用的所述集光镜为单片非球面透镜。所述集光镜的第一面部为一600目的散射面，所述第二面部为偶次非球面，较大的数值孔径na≥0.6，确保有足够多的光线被接收利用，光线接收角大于90°。所述聚光镜的第三面部是偶次非球面，所述第四面部为标准球面。其数值孔径na≥0.75，焦距f≤16mm，光线汇聚角可达到45°。所述光源上的所述发光电弧位于所述集光镜的前焦点，所述可调孔径光阑位于所述聚光镜的前焦平面，透镜的物理参数可参考如下表格：

因此：该照明装置可以对鞘流器中高速流动样本实现均匀照明，减少运动粒子成像拖影，具有可调性强，操作简单，低成本等特点。

进一步地，所述镜筒上具有对所述集光镜进行限位的第一凸台。

所述光接收组件包括压圈，所述压圈与所述镜筒螺纹连接，且所述压圈与所述集光镜的所述第一面部相互抵持。

所述镜筒上还具有开口和贯穿孔，所述可调孔径光阑与所述镜筒可拆卸连接，并位于所述开口处。

所述光接收组件还包括锁定件，所述锁定件贯穿所述贯穿孔，并与所述可调孔径光阑螺纹连接。

所述镜筒的外表壁上还具有刻痕，且所述刻痕位于所述开口的一侧。

所述光接收组件还包括透镜内置环，所述透镜内置环的外表壁上具有外螺纹，所述透镜内置环通过所述外螺纹与所述镜筒螺纹连接，并位于所述镜筒靠近所述可调孔径光阑的一侧。

所述透镜内置环上还具有第二凸台，所述聚光镜与所述透镜内置环粘接，并位于所述第二凸台的内部，且所述聚光镜的所述第四面部朝向远离所述可调孔径光阑的一侧。

所述透镜内置环上还具有小孔，且所述小孔用于旋进螺栓。

在本实施方式中，该照明装置的实物外形如图3所示，剖面如图4所示，部分结构部件如图5和图6所示；通过在所述镜筒上具有对所述集光镜进行限位的第一凸台。所述压圈与所述镜筒螺纹连接，且所述压圈与所述集光镜的所述第一面部相互抵持。在所述镜筒内有限制其所述集光镜移动的所述第一凸台，并且保持所述第一面部朝向所述光源一侧，然后将中空的并带有螺纹的所述压圈旋进所述镜筒内，并与所述第一凸台配合，以此限制所述集光镜的移动。

所述锁定件为内六角螺钉，将所述可调孔径光阑通过所述镜筒上的所述开口置于所述镜筒内，并用内六角螺钉贯穿所述贯穿孔而对且所述可调孔径光阑进行固定，所述镜筒上的所述刻痕的设置便于记录所述可调孔径光阑的开口大小。

通过将所述聚光镜置于所述透镜内置环中的所述第二凸台上，保持所述第四面部位于朝向远离所述可调孔径光阑的一侧，然后用胶水固定。所述透镜内置环的设计是由于所述聚光镜的焦距很小，这样可以尽可能地使所述第四面部接近鞘流。将内置有所述聚光镜的所述透镜内置环通过所述外螺纹与所述镜筒靠近可调孔径光阑的一端连接，所述小孔19用于便于旋进带螺纹的螺栓。因此可根据显微物镜的数值孔径大小，调整光阑大小以及光源的能量，获得最佳照明效果。

此外所述光源可采用其它频闪光源。

所述镜筒及所述可所述调孔径光阑的机械结构可修改,如光阑也可以设计成呆圈固定式结构，镜筒也可采用多段式钮合设计。

所述集光镜的散射面目数可根据实际情况修改。散射面目数越高，光的透过率越高，能量强；目数越低，散射效率越好，但是光的透过率将会降低。因此在具体应用时，可以根据实际需要，适当对散射面目数进行调整。

所述集光镜与所述聚光镜间的距离也即所述镜筒的长度可根据实际需要修改。由于设计的所述光源位于所述集光镜的焦点上，所述光源发散的光线经过所述集光镜后将汇聚变为平行光线，所述聚光镜无论靠近还是远离所述集光镜，通过所述聚光镜的初始光线始终不会变化，故可以根据实际需要改变所述集光镜和所述聚光镜之间的间距。所述集光镜和所述聚光镜的直径大小可根据实际需求修改。

综上所述：本发明的所述用于鞘流光学成像的照明装置能够解决鞘流明场成像时样本粒子高速运动所需的快速照明问题；结构简单，容易实现；可配套使用不同大小的数值孔径物镜；能够在满足功能要求的基础上价格低廉；可以延伸至其它流动粒子成像照明；简而言之就是本发明提供一个临界照明装置用于高速鞘流液中的运动粒子显微图像采集，能够解决现有鞘流照明装置光源谱线单一，系统复杂等问题，能够保证照明稳定性的同时，降低系统成本，即可以对鞘流器中高速流动样本实现均匀照明，减少运动粒子成像拖影，具有可调性强，操作简单，低成本等特点。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。