专利名称：多光谱微型显微镜物镜成像系统的制作方法
技术领域：
本实用新型属于微型显微镜物镜技术领域，尤其涉及一种多光谱微型显微镜物镜成像系统。
背景技术：
显微镜物镜光学的微型化，例如，小于几mm或者小于5_的直径，在成像方面有许多潜在的应用。尤其是用于显微镜阵列的构建，例如微型显微镜阵列。另外，微型显微镜阵列的微型显微镜物镜有特定的特征，与传统的显微镜物镜不同。多光谱频带的成像在显微镜应用方面尤为重要。例如，建立一个对物体目测的彩色成像，需要在多光谱频带上成像这个物体，最好在三个光谱频带上，红色、绿色、蓝色。对于非目测的测量，可以在并不同的波长下成像物体，甚至包括不可视的波长，或者在由物体材料性能决定的超过三个的光谱频带下。一个微型显微镜阵列包括许多微型显微镜物镜。每一个显微镜物镜形成一个2D图像。微型显微镜阵列被用作一个成像扫描系统，整个2D成像的一个小的线性的部分作为物体被扫描。在这种情况下，成像的其他部分就没有用了。
发明内容鉴于上述现有技术存在的缺陷，本实用新型的目的是提出一种多光谱微型显微镜物镜成像系统。本实用新型的目的将通过以下技术方案得以实现一种多光谱微型显微镜物镜成像系统，包括一使物体在复数个的光谱波段成像的多光谱成像微型显微镜物镜，所述复数个的光谱波段至少包括第一波段和第二波段；至少包括一用于检测所述第一波段产生的第一图像的第一探测器和一用于检测所述第二波段产生的第二图像的第二探测器，所述第一探测器和第二探测器分别设置在所述多光谱成像微型显微镜物镜的像平面上。优选的，上述的多光谱微型显微镜物镜成像系统，其中所述第一图像和第二图像为非重叠的。优选的，上述的多光谱微型显微镜物镜成像系统，其中还包括一数据处理器，所述数据处理器分别与所述第一探测器和第二探测器连接，用于将所述第一探测器和第二探测器的数据合并到多光谱图像中。优选的，上述的多光谱微型显微镜物镜成像系统，其中还包括一位于所述第一探测器前的第一光谱过滤器，用于过滤第一图像以外的第一波段的光，和一位于第二探测器前的第二光谱过滤器，用于过滤第二图像以外的第二波段的光。本实用新型的突出效果为本实用新型可以实现在不同的光谱波段下同时扫描物体，光谱波段的成像数量由2D图像的大小和可成像区域决定，即在成像区域里面的探测器数量。以下便结合实施例附图，对本实用新型的具体实施方式
作进一步的详述，以使本实用新型技术方案更易于理解、掌握。
图1a是本实用新型实施例1的结构示意图；图1b是图1a中三个探测器的俯视图；图2a是本实用新型实施例2的结构示意图；图2b是图1a中三个探测器的俯视图；图3a是本实用新型实施例3的结构示意图；图3b是本实用新型实施例4的结构示意图；图3c是图3a和图3b中三个探测器的俯视图。
具体实施方式
实施例1 :本实施例的一种多光谱微型显微镜物镜成像系统，如图1a所示，包括一个多光谱微型显微镜物镜。微型显微镜物镜可以是微型显微镜阵列的一部分。物镜包括三个透镜兀件2、4、6，在物平面8上成像。图1a的物镜可以是一个或复数个的物镜来形成一个微型显微镜阵列。物镜优选的包括三个或四个透镜，也可能是两个透镜。三个透镜的设计最好是正、正、负的PPN设计，四个透镜的设计最好是PPNP、PPPN、PPNN。三个或四个透镜的物镜的数值孔径在O. 4和O. 9之间，放大率为12或者更少，优选的M=4，两个透镜的设计的数值孔径接近于4。M/NA比例小于镜头的外径，通过产品的视野和数值孔径分。也就是，M/NA低于30，视野和直径比例大于O. 1，视野在220-240微米之间或更多，直径在1. 6-2. Omm之间或更少。一个光阑被放在第二正透镜的前表面或后表面上，或者在里面。一个衍射面被包括在其中，因此，物镜可以被调整到一个加强的带宽。这些透镜由例如C0C，ZeonexTM，聚苯乙烯，LAK-10等材料制成，一个或复数个的梯度折射率透镜会被用到。传统的三个或四个透镜的设计在表I和表2中展示。如图1a所示，包括三个探测器10、12、14。每一个探测器10、12、14，或者每组像素可以探测一个特定的图像，被用来探测这顶光谱频带下的图像。例如，探测器10探测一个红色图像，探测器12探测一个蓝色图像，探测器14探测一个绿色图像。包括可视区域以外的波长频带，例如在红外线和紫外线区域，可以用适当的镜头探测。如果物镜的色差被矫正，不同光谱频带下的成像在一个相同的轴位置有一个相同的放大倍数。如果在这种情况下，探测器10、12、14可以被放在各自的成像面上，如图1a所示。不同频带下的光学通路长度是相同的，几何通路长度也是相同的，这种方案包括一个色差矫正的物镜。每个光学通路都包括过滤其他波长的方法，因此只有光谱频带被探测成像到达探测器10、12、14。也就是说，相应于一个特定的光谱频带，每个探测器10、12、14用来探测一个图像。一个或复数个的光谱过滤器用来消除不想要的波长，通过吸收和干预。这个过滤器可以是双色过滤器，传递需要的波长，反射不需要的波长。反射的光被遗弃，反射光中的一个或复数个的频带可以被其他探测器探测，作为一个附加的图像。光线在被探测之前可以被过滤不止一次。[0023]图1b是图1a中三个探测器系统的俯视图。这三个探测器可以用来成像三个不同的光谱频带。2D图像区域为16。探测器10、12、14是线性的并是平行的。探测器10、12、14面向扫描仪。每个探测器10、12、14的图像是不重叠的，如图1b所示，图像可以被每个探测器10、12、14探测。另外，每个探测器10、12、14的每个探测图像在物镜的同个像平面上被探测。每个探测器在力量、获得、补偿方面的差异被矫正。不同探测器捕捉的图像被分开来使用或者结合在一起。使用一个或复数个的照明光源被，例如，红色、绿色、蓝色光源被用来照明物体，红色、绿色、蓝色的图像被探测。如果环境光线足够，可选，可以不包括照明光源。可以使用透射照明或落射照明(如图4a)，或者两者的结合。光线可以从物体8穿过、反射或者分散到探测器10、12、14。如果用一个宽带光源，可以照明物体的整体；或者可以照明被探测的物体的一部分。例如，如果使用三个探测器，照明物体的三条带。光谱过滤器在每个探测器中使用。如果使用大量狭窄的带光源，照明物体的部分。可选的，光源可以加上去，或者可以使用不同的光源。实施例2 本实施例的一种多光谱微型显微镜物镜成像系统，如图2a所示，包括具有三个透镜22、24、26的物镜，和三个探测器30、32、34，来探测物体28的图像。物镜设计可以参考实施例1，其中的色差不被调整，因此有一个较简单的设计，在这种情况下，由于光轴色差在不同的光轴位置，相应于不同的光谱频带的图像在探测器10、12、14中形成。另外，不同光谱图像的放大倍数会因为横向色而差不同。优选的，探测器30、32、34被轴向放置。也就是说，为了弥补轴向色差，用来探测一个图像相应于一个特殊的光谱频带的每个探测器30、32、34，例如，由一个探测器前的光谱过滤器决定，放在不同的轴向位置，或者至少有像平面上探测器30、32、34的约束可以放松，确定每个探测器30、32、34的轴向位置。不同光谱频带图像的轴向位置可以使用透镜设计软件快速计算，例如ZEMAX，优选的，探测器30、32、34固定在轴向位置，在光谱频带下有最佳的图像。可选的，一个或复数个的探测器30、32、34可以被轴向固定来调整轴向位置，也可以有一个使用处理器来调整的反馈机制。图2b是图2a中三个探测器系统的俯视图。这三个探测器可以用来成像三个不同的光谱频带。即使图2b看起来与图1b相似，探测器30、32、34和探测器10、12、14的轴向俯视图也相同，实施例1的物镜被矫正色差，本实施例的物镜没有矫正色差。实施例3 本实施例的一种多光谱微型显微镜物镜成像系统，如图3a所示，包括一个具有透镜42、44、46的多光谱微型显微镜物镜和探测器50、52、54，可以在扫描过程中成像物体48。物镜的透镜42、44、46与实施例2中的图2b相同，探测器50、52、54与实施例1中的图1a相同。也就是说，本实施例的物镜没有色差矫正，探测器50、52、54被放在一个相同的轴像面上。不同光谱频带下的光路长度矫正可以通过使用一个或复数个的平行的玻璃片58、60来取得，相应于一个或复数个的光谱频带来调整光路。例如，探测器54可以放在一个最佳的轴向位置来探测一个蓝色的图像。相同的面对探测器52和50来探测一个绿色图像和一个红色图像不是最佳的，因为其他光路长度与蓝色图像不同，红色和绿色图像的最佳成像也是不同的。优选的，玻璃片58由反射指数和厚度的选择来制成红色图像的几何光路长度与蓝色图像相同，玻璃片60有反射的指数和厚度的选择来制成绿色图像的几何光路长度与红色和蓝色图像相同。玻璃片58与玻璃片60的厚度不同，不同的反射指数。第三个面(图上未展示出来)可以用来调整蓝色图像的光路，因此没有一个探测器在最佳的轴向位置。玻璃片58、60覆盖了抗反射的图层来减少直线光反射，因此改善图像对比度。轻微倾斜一个或复数个的玻璃片58、60，使探测器50、52的直线光不会由玻璃片58、60反射回到探测器50、52。本实施例中，物镜没有矫正色差，可以通过插入合适的厚度和反射到探测器50、52的平行的玻璃片58和60得到。由于材料中差别较大的反射指数，进入到玻璃片58、60的光线经历不同光路。通过引入不同厚度和反射指数的玻璃片58、60，所有光谱频带的图像在相同的位置，因此补偿轴向色差。实施例4 本实施例的一种多光谱微型显微镜物镜成像系统，如图3b所示，包括一个物镜61，通过物体48到一个或复数个的平行玻璃片58、60的长工作距离来调整几何光路长度。物体48通过物镜61成像。这个系统包括在物镜61的图像的一边的探测器50、52、54，和在物镜61物体的另一边的玻璃片58、60。图3b中玻璃片58、60设置在物平面上，本实施例可以使用有一个长工作距离的物镜61。横向色差可以被补偿，通过使用与实施例2中相同的方法。图3c展示了图3a和3b中三个探测器50、52、54系统的俯视图，在一个2D像平面56内。即使图3b看起来与图1b和图2b相似，探测器50、52、54和探测器10、12、14和30、32、34，从它们的俯视图可以轴向放在实施例2中，也可以轴向放在实施例1和实施例3中，然而实施例1的物镜被矫正了色差，实施例2和实施例3的物镜没有矫正色差。实施例3和实施例4的优点在于第一，探测器50、52、54是凸平面。这就允许探测器50、52、54被一起制造，且有相同的电子。探测器50、52、54实际上是一个阵列探测器，针对红色、绿色、蓝色图像具有不同的像素。第二，少量机械构造需要被固定，并支持探测器50、52、54，这将会有更多的空间被释放出来，因此，较多的探测器可以用来探测更多光谱频带下的图像。本实用新型尚有多种实施方式，凡采用等同变换或者等效变换而形成的所有技术方案，均落在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.一种多光谱微型显微镜物镜成像系统，其特征在于包括一使物体在复数个的光谱波段成像的多光谱成像微型显微镜物镜，所述复数个的光谱波段至少包括第一波段和第二波段；至少包括一用于检测所述第一波段产生的第一图像的第一探测器和一用于检测所述第二波段产生的第二图像的第二探测器，所述第一探测器和第二探测器分别设置在所述多光谱成像微型显微镜物镜的像平面上。
2.根据权利要求1所述的多光谱微型显微镜物镜成像系统，其特征在于所述第一图像和第二图像为非重叠的。
3.根据权利要求1或2所述的任一多光谱微型显微镜物镜成像系统，其特征在于还包括一数据处理器，所述数据处理器分别与所述第一探测器和第二探测器连接。
4.根据权利要求1或2所述的任一多光谱微型显微镜物镜成像系统，其特征在于还包括一位于所述第一探测器前的第一光谱过滤器，和一位于第二探测器前的第二光谱过滤器。
专利摘要本实用新型揭示了一种多光谱微型显微镜物镜成像系统，包括一使物体在复数个的光谱波段成像的多光谱成像微型显微镜物镜，所述复数个的光谱波段至少包括第一波段和第二波段；至少包括一用于检测所述第一波段产生的第一图像的第一探测器和一用于检测所述第二波段产生的第二图像的第二探测器，所述第一探测器和第二探测器分别设置在所述多光谱成像微型显微镜物镜的像平面上。本实用新型可以实现在不同的光谱波段下同时扫描物体，光谱波段的成像数量由2D图像的大小和可成像区域决定，即在成像区域里面的探测器数量。
文档编号G01J3/02GK202853751SQ20122050660
公开日2013年4月3日 申请日期2012年9月29日 优先权日2012年9月29日
发明者周丕轩, 周伟锋, 陈小刚 申请人:帝麦克斯(苏州)医疗科技有限公司