CN112558285A - 一种显微成像系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供一种显微成像系统及方法，显微成像系统包括照明光源、成像物镜、载物台和成像单元，所述照明光源提供照明光束，所述载物台用于承载孔板，所述照明光束投射至所述孔板上的样品后，所述样品被所述成像物镜成像于所述成像单元；还包括视场光阑，位于所述成像物镜与所述成像单元之间的光路上。本发明实施例提供一种显微成像系统及方法，从而可以对成像物镜汇聚后的光束进行选择性遮挡，遮挡去除杂散光，消除凹液面边缘导致的杂散光晕和暗角，提高成像质量。
Description
技术领域
本发明涉及显微成像技术，尤其涉及一种显微成像系统及方法。
背景技术
显微镜作为一种微观观察装置，在科研、工业等领域的应用越来越广泛。传统的显微镜光源由聚光镜和光圈组成，其作用是把光线集中到所要观察的标本上。在使用光学物镜，对生物培养主要使用的96孔板进行成像时，由于液体的表面张力形成凹液面和光源照射到孔边缘会在成像时，有杂散光晕和暗角，成像质量较差。而如果增大明场光源通光量又会在中心形成亮斑。
发明内容
本发明实施例提供一种显微成像系统及方法，从而可以对成像物镜汇聚后的光束进行选择性遮挡，遮挡去除杂散光，消除凹液面边缘导致的杂散光晕和暗角，提高成像质量。
第一方面，本发明实施例提供一种显微成像系统，包括照明光源、成像物镜、载物台和成像单元，所述照明光源提供照明光束，所述载物台用于承载孔板，所述照明光束投射至所述孔板上的样品后，所述样品被所述成像物镜成像于所述成像单元；
还包括视场光阑，位于所述成像物镜与所述成像单元之间的光路上。
可选地，所述样品在所述成像单元所成图像包括中心区域和外围区域，所述外围区域围绕所述中心区域，
所述中心区域成像时，所述视场光阑的通光孔的直径为D1，所述外围区域成像时，所述视场光阑的通光孔的直径为D2，D1＜D2。
可选地，所述成像物镜的出瞳直径为H，成像单元的靶面尺寸为K；
H/2＜K时，H/5≤D1≤K/4；
H/5＞K/2时，D1＝K/2。
可选地，所述成像物镜的出瞳直径为H，成像单元的靶面尺寸为K；
H/2＜K时，D2＝K；
H/3＞K时，H/3≤D2≤H/2。
可选地，所述中心区域呈十字。
可选地，所述光阑包括拨片盘、遮光划片、导杆以及驱动器；
多个所述遮光划片设置于所述拨片盘上，并与所述导杆的一端相连接，所述导杆的另一端与所述驱动器相连接；所述驱动器驱动所述导杆运动，控制多个所述遮光划片聚合所形成通光孔的直径大小。
可选地，所述视场光阑包括光阑板以及设置于所述光阑板上的多个通光孔；
多个所述通光孔包括第一通光孔和第二通光孔，所述第一通光孔的直径小于所述第二通光孔的直径。
可选地，还包括管镜，所述管镜位于所述视场光阑与所述成像单元之间的光路上。
可选地，所述照明光源包括沿光轴依次排列的灯珠、第一透镜、第二透镜、第三透镜、明场光阑、第四透镜和第五透镜。
可选地，所述成像物镜的放大倍数为10倍。
第二方面，一种显微成像方法，利用显微成像系统对孔板中的样品进行成像，所述显微成像系统包括照明光源、载物台、视场光阑、成像物镜和成像单元，所述视场光阑位于所述成像物镜与所述成像单元之间的光路上。
本发明实施例提供的一种显微成像系统，在成像物镜与成像单元之间设置视场光阑，视场光阑位于成像物镜之后，从而可以对成像物镜汇聚后的光束进行选择性遮挡，遮挡去除杂散光，消除凹液面边缘导致的杂散光晕和暗角，提高成像质量。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种显微成像系统的结构示意图；
图2为孔板上的样品在成像单元所成图像区域的示意图；
图3为本发明实施例提供的一种视场光阑的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的另一种视场光阑的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的一种照明光源的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
图1为本发明实施例提供的一种显微成像系统的结构示意图，参考图1，显微成像系统包括照明光源41、成像物镜43、载物台42和成像单元45，照明光源41提供照明光束，载物台42用于承载孔板，照明光束投射至孔板上的样品后，样品被成像物镜43成像于成像单元45。显微成像系统还包括视场光阑40，视场光阑40位于成像物镜43与成像单元45之间的光路上。
示例性地，参考图1，载物台42位于照明光源41与成像物镜43之间，成像物镜43位于载物台42与成像单元45之间。
本发明实施例提供的一种显微成像系统，在成像物镜43与成像单元45之间设置视场光阑40，视场光阑40位于成像物镜43之后，从而可以对成像物镜43汇聚后的光束进行选择性遮挡，遮挡去除杂散光，消除凹液面边缘导致的杂散光晕和暗角，提高成像质量。相较于将视场光阑设置在照明光源和成像物镜之间，本发明实施例将视场光阑设置在成像物镜与成像单元之间的光路上在相同的照明光源强度下，不会降低通光量，因此不会改变成像系统的光学分辨率。
图2为孔板上的样品在成像单元所成图像区域的示意图，结合参考图1和图2，照明光源41提供的照明光束投射至载物台42后，投射至载物台42承载的孔板上的样品，然后投射至样品的光被成像物镜43汇聚，并经过视场光阑40的过滤后，将样品成像于成像单元45上，在成像单元45上形成图像。具体地，孔板中放置的样品(示例性地，孔板为96孔板，可以最多放置96份样品)在成像单元45所成图像包括中心区域451和外围区域452，外围区域452围绕中心区域451。中心区域451成像时，视场光阑40的通光孔401的直径为D1。外围区域452成像时，视场光阑40的通光孔401的直径为D2，D1＜D2。本发明实施例中，中心区域451成像时，视场光阑40的通光孔401较小，外围区域452成像时，视场光阑40的通光孔401较大，通过改变视场光阑40的通光孔401的大小，来适应不同区域的成像，从而使中心区域和外围区域成像时具有相同的亮度，提高了成像质量。
示例性地，参考图1-图2，孔板上的样品在成像单元45所成图像包括多个子区域。一个子区域对应一次拍照得到的单孔样品照片，子区域的数量与孔板的孔径D及成像单元45的靶面尺寸K相关。以96孔板的孔径为6.4mm，成像单元45的靶面尺寸K为1.3mm为例，子区域的数量为D/K取整，即25。如此，多个子区域分别为第一子区域Q1、第二子区域Q2、第三子区域Q3、第四子区域Q4、第五子区域Q5、第六子区域Q6、第七子区域Q7、第八子区域Q8、第九子区域Q9、第十子区域Q10、第十一子区域Q11、第十二子区域Q12、第十三子区域Q13、第十四子区域Q14、第十五子区域Q15、第十六子区域Q16、第十七子区域Q17、第十八子区域Q18、第十九子区域Q19、第二十子区域Q20、第二十一子区域Q21、第二十二子区域Q22、第二十三子区域Q23、第二十四子区域Q24和第二十五子区域Q25。第一子区域Q1至第五子区域Q5排列成一列，第六子区域Q6至第十子区域Q10排列成一列，第十一子区域Q11至第十五子区域Q15排列成一列，第十六子区域Q16至第二十子区域Q20排列成一列，第二十一子区域Q21至第二十五子区域Q25排列成一列。第一子区域Q1至第二十一子区域Q21排列成一行。中心区域451包括第八子区域Q8、第十三子区域Q13、第十八子区域Q18、第十二子区域Q12和第十四子区域Q14。外围区域452包括中心区域451外的其他子区域，在此不再一一赘述。本发明实施例中，为了拍摄完整的孔板单孔中样品的图像，使用25张照片(即25个子区域)融合的方式。
示例性地，可以按照第一子区域Q1至第二十五子区域Q25的顺序，依次对孔板单孔中样品拍摄成像。在其他实施方式中，还可以按照与图2中所示多个子区域不同方式将多个子区域进行排列，例如，第一子区域Q1至第五子区域Q5排列成一列，第六子区域Q6至第十子区域Q10排列成一列，第十一子区域Q11至第十五子区域Q15排列成一列，第十六子区域Q16至第二十子区域Q20排列成一列，第二十一子区域Q21至第二十五子区域Q25排列成一列。第一子区域Q1、第十子区域Q10、第二十子区域Q20和第二十一子区域Q21排列成一行。
可选地，参考图1-图2，中心区域451呈十字。中心区域451与外围区域452共同构成正方形区域，中心区域451位于外围区域452的中心。本发明实施例中，孔板可以为96孔板，孔板上的样品在成像单元45拍摄25次后，形成25个子区域，位于中心区域451的多个子区域占据的形状呈十字。
可以采用不同的方式改变视场光阑40的通光孔401的直径，使用不同的通光孔直径对孔板单孔中样品的不同区域进行成像。可选地，参考图3，视场光阑40包括拨片盘402、遮光划片403、导杆404以及驱动器405。多个遮光划片403设置于拨片盘402上，多个遮光划片403与导杆404的一端相连接，导杆404的另一端与驱动器405相连接。驱动器405驱动导杆404运动，控制多个遮光划片403聚合所形成通光孔401的直径大小。本发明实施例中，通过驱动器405自动改变视场光阑40的通光孔401的直径大小，在中心区域451成像时，控制视场光阑40的通光孔401的直径为D1。在外围区域452成像时，控制视场光阑40的通光孔401的直径为D2，D1＜D2。
示例性地，参考图3，多个遮光划片403共同遮挡光线，并在多个遮光划片403聚合的中心位置处形成通光孔401，通过多个遮光划片403的运动，可以控制通光孔401的直径大小。
可选地，成像物镜43的出瞳直径为H，成像单元45的靶面尺寸为K。其中，成像单元45的靶面尺寸指的是，成像单元45的靶面中沿横向或者纵向上的最大距离，例如，成像单元45的靶面为矩形，成像单元45的靶面尺寸为矩形的最大边长的长度。H/2＜K时，H/5≤D1≤K/4；H/5＞K/2时，D1＝K/2。
可选地，成像物镜43的出瞳直径为H，成像单元45的靶面尺寸为K。满足：H/2＜K时，D2＝K；H/3＞K时，H/3≤D2≤H/2。
可选地，5.5mm≤D1≤7.5mm。在中心区域451成像时，视场光阑40的通光孔401的直径大于或者等于5.5mm且小于或者等于7.5mm。
可选地，12mm≤D2≤14mm。外围区域452成像时，视场光阑40的通光孔401的直径大于或者等于12mm且小于或者等于14mm。
图4为本发明实施例提供的另一种视场光阑的结构示意图，参考图4，视场光阑40包括光阑板406以及设置于光阑板406上的多个通光孔401。多个通光孔401包括第一通光孔4071和第二通光孔4072，第一通光孔4071的直径小于第二通光孔4072的直径。本发明实施例中，中心区域451成像时，可以选择使用直径较小的第一通光孔4071；外围区域452成像时，可以选择使用直径较大的第二通光孔4072，通过改变视场光阑40的通光孔401的大小，来适应不同区域的成像，从而使中心区域和外围区域成像时具有相同的亮度，提高了成像质量。
可选地，成像物镜43的出瞳直径为H，成像单元45的靶面尺寸为K。其中，成像单元45的靶面尺寸指的是，成像单元45的靶面中沿横向或者纵向上的最大距离，例如，成像单元45的靶面为矩形，成像单元45的靶面尺寸为矩形的最大边长的长度。H/2＜K时，H/5≤D1≤K/4；H/5＞K/2时，D1＝K/2。
可选地，成像物镜43的出瞳直径为H，成像单元45的靶面尺寸为K。满足：H/2＜K时，D2＝K；H/3＞K时，H/3≤D2≤H/2。
示例性地，参考图4，第一通光孔4071的直径为D1，第二通光孔4072的直径为D2，5.5mm≤D1≤7.5mm，12mm≤D2≤14mm。
示例性地，参考图4，视场光阑40包括2个第一通光孔4071和2个第二通光孔4072，2个第一通光孔4071关于光阑板406的几何中心O对称，2个第二通光孔4072关于光阑板406的几何中心O对称。需要说明的是，在其他实施方式中，视场光阑40还可以包括其他数量的通光孔401，本发明实施例对于通光孔401的数量不作限定。
可选地，参考图1，成像物镜43的放大倍数为10倍。采用10倍的成像物镜43对光线进行汇聚成像时，可以使用25张照片融合的方式，形成完整的孔板单孔中样品的图像。在其他实施方式中，成像物镜43还可以具有其他的放大倍数，例如4倍。
示例性地，成像物镜43可以为有限远物镜，成像物镜43将平行光汇聚于成像单元45上。
图5为本发明实施例提供的一种照明光源的结构示意图，参考图5，照明光源41包括沿光轴依次排列的灯珠2、第一透镜31、第二透镜32、第三透镜33、明场光阑1、第四透镜34和第五透镜35。第一透镜31、第二透镜32和第三透镜33对灯珠2发出光线进行汇聚，故而，将明场光阑1设置于第三透镜33与第四透镜34之间，有利于通过明场光阑1对汇聚后的光束进行选择性透光，提高成像质量。
可选地，继续参考图1，显微成像系统还包括管镜44，管镜44位于视场光阑40与成像单元45之间的光路上。照明光源41提供的照明光束投射至载物台42后，被成像物镜43汇聚并被视场光阑40过滤后，再次被管镜44汇聚后，成像于成像单元45。
示例性地，参考图1，成像物镜43可以为无限远物镜，经过成像物镜43后的光线变为平行光，平行光被视场光阑40过滤后，被管镜44汇聚于成像单元45上。
基于相同的技术构思，本发明实施例还提供一种显微成像方法，该显微成像方法利用显微成像系统对孔板中的样品进行成像，显微成像系统包括照明光源、载物台、视场光阑、成像物镜和成像单元，视场光阑位于成像物镜与成像单元之间的光路上。本发明实施例提供的显微成像方法可以基于上述实施例中的显微成像系统执行，从而采用本发明实施例提供的显微成像方法时，可以对成像物镜汇聚后的光束进行选择性遮挡，遮挡去除杂散光，消除凹液面边缘导致的杂散光晕和暗角，提高成像质量。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (11)
1.一种显微成像系统，其特征在于，包括照明光源、成像物镜、载物台和成像单元，所述照明光源提供照明光束，所述载物台用于承载孔板，所述照明光束投射至所述孔板上的样品后，所述样品被所述成像物镜成像于所述成像单元；
还包括视场光阑，位于所述成像物镜与所述成像单元之间的光路上。
2.根据权利要求1所述的显微成像系统，其特征在于，所述样品在所述成像单元所成图像包括中心区域和外围区域，所述外围区域围绕所述中心区域，
所述中心区域成像时，所述视场光阑的通光孔的直径为D1，所述外围区域成像时，所述视场光阑的通光孔的直径为D2，D1＜D2。
3.根据权利要求2所述的显微成像系统，其特征在于，所述成像物镜的出瞳直径为H，成像单元的靶面尺寸为K；
H/2＜K时，H/5≤D1≤K/4；
H/5＞K/2时，D1＝K/2。
4.根据权利要求2所述的显微成像系统，其特征在于，所述成像物镜的出瞳直径为H，成像单元的靶面尺寸为K；
H/2＜K时，D2＝K；
H/3＞K时，H/3≤D2≤H/2。
5.根据权利要求2所述的显微成像系统，其特征在于，所述中心区域呈十字。
6.根据权利要求1所述的显微成像系统，其特征在于，所述光阑包括拨片盘、遮光划片、导杆以及驱动器；
多个所述遮光划片设置于所述拨片盘上，并与所述导杆的一端相连接，所述导杆的另一端与所述驱动器相连接；所述驱动器驱动所述导杆运动，控制多个所述遮光划片聚合所形成通光孔的直径大小。
7.根据权利要求1所述的显微成像系统，其特征在于，所述视场光阑包括光阑板以及设置于所述光阑板上的多个通光孔；
多个所述通光孔包括第一通光孔和第二通光孔，所述第一通光孔的直径小于所述第二通光孔的直径。
8.根据权利要求1所述的显微成像系统，其特征在于，还包括管镜，所述管镜位于所述视场光阑与所述成像单元之间的光路上。
9.根据权利要求1所述的显微成像系统，其特征在于，所述照明光源包括沿光轴依次排列的灯珠、第一透镜、第二透镜、第三透镜、明场光阑、第四透镜和第五透镜。
10.根据权利要求1所述的显微成像系统，其特征在于，所述成像物镜的放大倍数为10倍。
11.一种显微成像方法，其特征在于，利用显微成像系统对孔板中的样品进行成像，所述显微成像系统包括照明光源、载物台、视场光阑、成像物镜和成像单元，所述视场光阑位于所述成像物镜与所述成像单元之间的光路上。
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