一种紧凑型数码荧光生物显微镜光学系统的制作方法

1.本发明涉及光学技术领域，具体涉及一种紧凑型数码荧光生物显微镜光学系统。


背景技术：

2.荧光生物显微镜已经在显微成像领域得到非常广泛成熟的应用。荧光生物显微镜在生命科学领域可以用于活体细胞或组织中对荧光分子、离子浓度、信号物质标记等的观察测量。近年来，随着我国对航天航海生命科学研究方向的持续推进，显微技术作为生命科学实验中的关键技术，提高其荧光照明效果及成像效果尤为重要。
3.由于航天航海等特因条件的特殊性，商用的研究级荧光显微镜普遍存在体积大、质量重、操作繁复等问题，因此商用荧光显微镜并不适于特因环境下使用，所以在商用荧光显微镜的基础上，如何简化光学系统、提高成像质量同时适用特因环境并方便人员操作的荧光显微镜是目前面临的难题。


技术实现要素：

4.因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有研究级荧光显微镜体积大、质量重、操作繁琐、无法适应于特因环境下使用的缺陷，从而提供一种紧凑型数码荧光生物显微镜光学系统。
5.为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
6.一种紧凑型数码荧光生物显微镜光学系统，包括照明部分光学系统和成像部分光学系统，所述照明部分光学系统包括沿照明光线的传播方向依次设置的光源、聚光镜、荧光滤光片组、物镜和活细胞板；所述成像部分光学系统包括沿光线传播方向从物方到像方依次设置的活细胞板、物镜、荧光滤光片组、中继镜、反光镜和cmos相机；所述活细胞板、物镜和荧光滤光片组为所述成像部分光学系统和所述照明部分光学系统共用部分；所述光源、聚光镜、荧光滤光片组位于同一直线上，所述活细胞板、物镜、荧光滤光片组、中继镜、反光镜位于同一直线上，所述cmos相机位于所述反光镜的反射光线的方向上。
7.进一步地，所述照明部分光学系统包括从所述光源到所述活细胞板沿光轴方向依次设置的第一透镜组、第二透镜组和第三透镜组；所述第一透镜组的组合焦距为－24mm，所述第一透镜组的组合焦距为64mm，所述第三透镜组的组合焦距为10mm。
8.进一步地，所述成像部分光学系统包括从所述活细胞板到所述cmos相机沿光轴方向依次设置的第三透镜组、第四透镜组和第五透镜组，第四透镜组和第五透镜组的组合焦距为180mm。
9.进一步地，所述第一透镜组包括从所述光源到所述活细胞板沿光轴方向依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜；所述第二透镜组包括从所述光源到所述活细胞板沿光轴方向依次设置的第四透镜、第五透镜、第六透镜；所述第三透镜组包括从所述光源到所述活细胞板沿光轴方向依次设置的第七透镜、第八透镜、第九透镜、第十透镜、第十一透镜、第十二透镜、第十三透镜、第十四透镜、第十五透镜；所述第四透镜组包括从所述活细胞板到所
述cmos相机沿光轴方向依次设置的第十六透镜和第十七透镜；所述第五透镜组包括第十八透镜；所述第一透镜、第二透镜、第三透镜为平凸非球面正透镜，所述第六透镜、第八透镜、第十七透镜为平凸正透镜，所述第十一透镜、第十二透镜、第十三透镜为双凸正透镜，所述第七透镜、第十透镜、第十四透镜为双凹负透镜，所述第四透镜、第九透镜、第十五透镜为具有正光焦度的弯月透镜，所述第五透镜、第十六透镜为具有负光焦度的弯月透镜，所述第十八透镜为平凹负透镜。
10.进一步地，所述光源为四波段led光源。
11.进一步地，所述照明部分光学系统的总长度不大于267mm，所述成像部分光学系统的总长度为258mm。
12.进一步地，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜、第九透镜、第十透镜、第十一透镜、第十二透镜、第十三透镜、第十四透镜、第十五透镜、第十六透镜、第十七透镜和第十八透镜均为具有氟镀膜的透镜。
13.进一步地，所述cmos相机的像元尺寸为5.86μm、靶面尺寸为1英寸。
14.进一步地，所述光源和所述cmos相机位于所述活细胞板、物镜、荧光滤光片组所在平面的同一侧。
15.本发明技术方案，具有如下优点：
16.1.本发明提供的紧凑型数码荧光生物显微镜光学系统，照明部分光学系统和成像部分光学系统共用物镜和荧光滤光片组，利用荧光滤光片组改变照明部分光学系统的光路方向，并利用反光镜改变成像部分光学系统的光路方向，且光源和cmos相机位于物镜的同一侧；如此设计，解决了常见商用的研究级荧光显微镜普遍存在体积大、质量重、操作繁复的技术问题，达到可以使数码荧光生物显微镜光学系统的机械结构更加紧凑，实现小型化、轻量化设计的目的，而且采用led光源提供照明，克服了目前大部分荧光显微镜使用汞灯和金属卤化物弧光灯的局限性，led荧光光源具有高信噪比和高分辨率，可为荧光显微镜成像提供高质量的荧光照明，同时具有更长的使用寿命和更低的维护成本；采用cmos相机获取细胞观测图像，能够准确、高灵敏地获取待测活细胞释放的光信号及微区荧光强度、荧光寿命的测定信息，具有成像品质高、操作简单的优点。
17.2.本发明提供的紧凑型数码荧光生物显微镜光学系统，由第一透镜组、第二透镜组和第三透镜组组合而成的照明部分光学系统属于柯拉照明，可产生均匀明亮、无眩光的标本照明。
18.3.本发明提供的紧凑型数码荧光生物显微镜光学系统，光源采用四波段led光源，光源的集成度高，可以实现光源的小型化设计。
19.4.本发明提供的紧凑型数码荧光生物显微镜光学系统，具有荧光照明亮度强、分辨能力高、小畸变、复消色差性能的优点。
附图说明
20.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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。
21.图1为本发明实施例中紧凑型数码荧光生物显微镜光学系统的示意图；
22.图2为本发明实施例中照明部分光学系统的示意图；
23.图3为本发明实施例中成像部分光学系统的示意图。
24.附图标记说明：1、四波段led光源；2、聚光镜；3、荧光滤光片组；4、物镜；5、活细胞板；6、中继镜；7、反光镜；8、cmos相机；l1、第一透镜；l2、第二透镜；l3、第三透镜；l4、第四透镜；l5、第五透镜；l6、第六透镜；l7、第七透镜；l8、第八透镜；l9、第九透镜；l10、第十透镜；l11、第十一透镜；l12、第十二透镜；l13、第十三透镜；l14、第十四透镜；l15、第十五透镜；l16、第十六透镜；l17、第十七透镜；l18、第十八透镜；g1、第一透镜组；g2、第二透镜组；g3、第三透镜组；g4、第四透镜组。
具体实施方式
25.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
26.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
27.如图1－3所示的一种紧凑型数码荧光生物显微镜光学系统，包括照明部分光学系统和成像部分光学系统。图1中空心箭头表示照明光线传播方向，实心箭头表示成像光线传播方向。照明部分光学系统包括沿照明光线的传播方向依次设置的四波段led光源1、聚光镜2、荧光滤光片组3、物镜4和活细胞板5。成像部分光学系统包括沿光线传播方向从物方到像方依次设置的活细胞板5、物镜4、荧光滤光片组3、中继镜6、反光镜7和cmos相机8。活细胞板5、物镜4和荧光滤光片组3为成像部分光学系统和照明部分光学系统所共用。四波段led光源1、聚光镜2、荧光滤光片组3位于同一直线上，活细胞板5、物镜4、荧光滤光片组3、中继镜6、反光镜7位于同一直线上，且活细胞板5、物镜4、荧光滤光片组3、中继镜6、反光镜7所在的直线与四波段led光源1、聚光镜2、荧光滤光片组3所在的直线垂直，四波段led光源1发出的光线经过聚光镜2聚光后，在荧光滤光片组3上反射90度后射入物镜4的后焦面处。cmos相机8位于反光镜7的反射光线的方向上，射入反光镜7的入射光线经过反光镜7反射90度后被cmos相机8获取。四波段led光源1和cmos相机8位于活细胞板5、物镜4、荧光滤光片组3所在平面的同一侧。
28.这种紧凑型数码荧光生物显微镜光学系统，照明部分光学系统和成像部分光学系统共用物镜4和荧光滤光片组3，利用荧光滤光片组3改变照明部分光学系统的光路方向，并利用反光镜7改变成像部分光学系统的光路方向，且四波段led光源1和cmos相机8位于物镜4的同一侧，可以使数码荧光生物显微镜光学系统的机械结构更加紧凑，实现小型化、轻量化设计；而且采用cmos相机8获取细胞观测图像，能够准确、高灵敏地获取待测活细胞释放的光信号，具有成像品质高、操作简单的优点。
29.照明部分光学系统包括从光源到活细胞板5沿光轴方向依次设置的第一透镜l1、
第二透镜l2、第三透镜l3、第四透镜l4、第五透镜l5、第六透镜l6、第七透镜l7、第八透镜l8、第九透镜l9、第十透镜l10、第十一透镜l11、第十二透镜l12、第十三透镜l13、第十四透镜l14、第十五透镜l15。其中，第一透镜l1、第二透镜l2、第三透镜l3构成第一透镜组g1，第一透镜组g1的组合焦距为－24mm，第一透镜组g1用于集束光线，故又称为光源集光镜镜组，第一透镜组g1设置在四波段led光源1上。第四透镜l4、第五透镜l5和第六透镜l6构成第二透镜组g2，第二透镜组g2的组合焦距为64mm，第二透镜组g2用于聚集光线，准直光线经聚光镜2镜组后成像于物镜4的后焦面处，第二透镜组g2设置在聚光镜2上。第七透镜l7、第八透镜l8、第九透镜l9、第十透镜l10、第十一透镜l11、第十二透镜l12、第十三透镜l13、第十四透镜l14、第十五透镜l15构成第三透镜组g3，第三透镜组g3的组合焦距为10mm，第三透镜组g3作为物镜4内的透镜组，光源像经物镜4镜组后成虚像于活细胞板5处。照明部分光学系统属于柯拉照明，可产生均匀明亮、无眩光的标本照明。
30.成像部分光学系统包括从活细胞板5到cmos相机8沿光轴方向依次设置的第十五透镜l15、第十四透镜l14、第十三透镜l13、第十二透镜l12、第十一透镜l11、第十透镜l10、第九透镜l9、第八透镜l8、第七透镜l7、第十六透镜l16、第十七透镜l17和第十八透镜l18。其中，十五透镜、第十四透镜l14、第十三透镜l13、第十二透镜l12、第十一透镜l11、第十透镜l10、第九透镜l9、第八透镜l8、第七透镜l7构成物镜4透镜组，第十六透镜l16、第十七透镜l17构成第四透镜组g4，第四透镜组g4又称为中继镜6，第十八透镜l18构成第五透镜组。第十六透镜l16、第十七透镜l17和第十八透镜l18的组合焦距为180mm。
31.其中，第一透镜l1、第二透镜l2、第三透镜l3均为平凸非球面正透镜，第六透镜l6、第八透镜l8、第十七透镜l17均为平凸正透镜，第十一透镜l11、第十二透镜l12、第十三透镜l13均为双凸正透镜，第七透镜l7、第十透镜l10、第十四透镜l14均为双凹负透镜，第四透镜l4、第九透镜l9、第十五透镜l15均为具有正光焦度的弯月透镜，第五透镜l5、第十六透镜l16均为具有负光焦度的弯月透镜，第十八透镜l18为平凹负透镜。所有透镜均采用化学稳定性高、强度高、温度系数低的材料，以应对发射时的力学和大幅度温度变化对透镜性能的影响。所有透镜镀膜均采用加氟镀膜技术，可提高透镜的耐用性和抗污性，水渍、污渍更容易擦拭；且耐擦性更好，且其高反射性也可以减少眩光。
32.具体的，照明部分光学系统的总长度不大于267mm，成像部分光学系统的总长度为258mm。cmos相机8的像元尺寸为5.86μm、靶面尺寸为1英寸，像面视场最大可达φ16mm。
33.综上所述，本发明实施例提供的紧凑型数码荧光生物显微镜光学系统，解决了常见商用的研究级荧光显微镜普遍存在体积大、质量重、操作繁复的技术问题，达到可以使数码荧光生物显微镜光学系统的机械结构更加紧凑，实现小型化、轻量化设计的目的，而且采用led光源提供照明，克服了目前大部分荧光显微镜使用汞灯和金属卤化物弧光灯的局限性，led荧光光源具有高信噪比和高分辨率，可为荧光显微镜成像提供高质量的荧光照明，同时具有更长的使用寿命和更低的维护成本；采用cmos相机获取细胞观测图像，能够准确、高灵敏地获取待测活细胞释放的光信号及微区荧光强度、荧光寿命的测定信息，具有成像品质高、操作简单的优点。
34.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或
变动仍处于本发明创造的保护范围之中。