用于多維成像系統(tǒng)的單軸照明系統(tǒng)技術(shù)方案

本實用新型專利技術(shù)揭示了一種用于多維成像系統(tǒng)的單軸照明系統(tǒng)，特別適用于陣列顯微鏡。單軸照明系統(tǒng)是用來透射具有多個各自軸的一系列的成像元件組成的物體。對于科勒照明，光源被有效地放置在照明子系統(tǒng)的前焦平面上。對于臨界照明，光源被有效成像在照明子系統(tǒng)的物平面上。對于暗視野的照明，環(huán)形光源被有效地提供。對于相差顯微鏡，在成像系統(tǒng)物鏡的后焦平面上放置一個環(huán)形相位掩膜，相應(yīng)的環(huán)形振幅掩膜也放置在光源處。對于霍夫曼調(diào)制對比度顯微鏡，振幅掩膜放置在成像系統(tǒng)物鏡的后焦平面上，在成像系統(tǒng)的光源處提供一個狹縫。本實用新型專利技術(shù)為多維成像系統(tǒng)的透射照明提供一種新的系統(tǒng)。（*該技術(shù)在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本技術(shù)屬于成像系統(tǒng)的透射
，尤其涉及一種用于多維成像系統(tǒng)的單軸照明系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
在成像系統(tǒng)里，尤其是顯微鏡的使用，對物體充足且合適的光源是必不可少的。有了充足的光源照射到物體或樣品上，才能保證觀察者分辨物體的各個特征。此外，提供光源給物體的方式也會影響哪些特征會被探測到，以及成像圖案的差別。傳統(tǒng)的顯微鏡大都采用復(fù)合成像鏡系統(tǒng)來成像物體。任何數(shù)值的鏡頭或其他光學(xué)零件，比如偏振器、瞄準(zhǔn)儀、擴散光、平面鏡和分離器都可能被包括在鏡頭系統(tǒng)里。部分鏡頭系統(tǒng)有它的數(shù)值孔徑的主要特征，數(shù)值孔徑明確規(guī)定了光從物體照射到鏡頭系統(tǒng)的極限角。被顯微鏡成像的物體安放在底層的物平面上。底層的基片放置在顯微鏡的平臺上以便于之后放置鏡頭系統(tǒng)的光軸。這個階段會被計算機自動化控制。另外，圖像平面由照相機或其他成像設(shè)備提供，圖像平面用來記錄圖像，或者在相同的計算機系統(tǒng)的控制下監(jiān)視這個圖像。除了以數(shù)值孔徑為特征之外，一個成像鏡系統(tǒng)也以它的視野為特征。顯微鏡下的可見光視野的范圍從數(shù)萬微米到幾毫米。這意味著一個有宏觀尺寸的物體，比如20mmX 50mm的物體需要不斷移動鏡臺來使整個物體成像。自從在物體中小部分組織的診斷信息被成像以來，移動鏡臺的操縱和高倍數(shù)放大成像物體的要求在病理學(xué)診斷方面尤其困難。最近在光學(xué)顯微鏡領(lǐng)域中提出這個問題的創(chuàng)想是一個微型化的顯微鏡陣列(MMA)，當(dāng)它應(yīng)用于一個通常的物體時，也叫做“陣列顯微鏡”。在微型陣列顯微鏡中，大多數(shù)的成像鏡系統(tǒng)都有分開獨立的光軸。每個成像鏡系統(tǒng)使物體中獨立的一部分成像。在一個陣列顯微鏡中，一位陣列正好用來成像物體的一個維度，物體被轉(zhuǎn)化成視野范圍內(nèi)陣列中獨立的成像元件，因此陣列用第二維度掃面物體來使整個物體成像。相對較大的獨立成像陣列元件方向交錯地被掃描，因此相對較小的視野連續(xù)在第一維度上。單軸探測陣列的規(guī)定消除了在第一維度上機械掃描的要求，使成像速度大大地得到了提高。正如所提到的，顯微鏡是依靠充足的光源來成像一個物體。許多不同類型的成像系統(tǒng)可以被使用。有一個成像系統(tǒng)被稱作“落射偏光成像”。在落射偏光成像中，光使物體的表面成像，也從物體反射或反散射到成像鏡系統(tǒng)。這種光也可能被物體轉(zhuǎn)化成波長，作為物體的熒光，這就是所謂的“落射偏光熒光”。當(dāng)成像的物體在不透明的情況下，落射偏振成像是必不可少的。另一方面，如果成像的物體是透明的，它就可以被傳送到物體的光照射成像。這種成像就是“刻度盤照明”、“通過照明”，或者，迄今提到的“透射照明”。一個不同的不透明物體可以通過把它切成小塊的方法使它可以透過光，或者物體可以轉(zhuǎn)化成透明的材料，比如生物材料。例如，病理學(xué)家通常用光學(xué)顯微鏡的透射成像系統(tǒng)觀察像尿蛋白或血一樣的組織樣品或液體樣品。透射成像主要使用一個能從光源發(fā)射光透過前面提到的基片和物體的成像鏡系統(tǒng)。這個基片一般是玻璃或者其他透明的材料片，大約I到1. 5毫米的厚度。被觀察的物體在基片的前端被處理，燈光就通過基片的后面照射到物體上。由于基片也是由光學(xué)元件組成的，這個照明鏡系統(tǒng)的遵循與成像鏡系統(tǒng)相同的規(guī)則。因此，照射鏡系統(tǒng)具有它的數(shù)值孔徑和視野的特點。最基本的透射系統(tǒng)有兩種。一種是科勒照射，這種照明系統(tǒng)的像平面是安裝在成像系統(tǒng)的光瞳面上，或者一個共軛平面，光通過瞳孔成像到成像系統(tǒng)里。另一種是臨界照明，在這種照明系統(tǒng)里，照面系統(tǒng)的像平面安裝在成像系統(tǒng)的物平面上，或者說，光源是被成像到成像系統(tǒng)的物平面上。科勒照明的一個優(yōu)點是照射到像平面上的每一點的光強度都是均等的，因此照明系統(tǒng)對于光源的空間變化反映會比較遲鈍。臨界照明使光學(xué)系統(tǒng)變得比科勒照明的更短，而且增加了其照明效率；然而，臨界照明需要的是光源在空間上的統(tǒng)O微型陣列顯微鏡的理論引進了與照明元件與成像元件一一對應(yīng)的概念。為了達到最佳的效果，成像元件的數(shù)值孔徑要完全吻合照明系統(tǒng)的數(shù)值孔徑。也就是說，如果照明系統(tǒng)發(fā)射到物體上的光的角度比成像系統(tǒng)能接受的角度大，有一些光就會被浪費掉，從而降低了系統(tǒng)的效率。相反，如果照明系統(tǒng)發(fā)射的光的角度過小，成像系統(tǒng)就不能完全利用它的分辨能力。在一個較大的數(shù)值孔徑的陣列顯微鏡中，很難在最短的掃描時間內(nèi)，將陣列中的成像元件緊密結(jié)合，組合成物體的各個部分。另一方面，透射系統(tǒng)在照明系統(tǒng)與數(shù)值孔徑能達到的統(tǒng)一程度上也有一個極限。這是因為為物體提供的透明薄片必須足夠薄來滿足一定的機械穩(wěn)定性。照明系統(tǒng)發(fā)射出的光要透過I到1. 5mm的玻璃基片，工作距離不能比這個距離更大。為了有一個足夠長的照明系統(tǒng)的工作距離，在維持?jǐn)?shù)值孔徑與成像系統(tǒng)相同的同時，照明系統(tǒng)的鏡直徑必須比成像系統(tǒng)的鏡直徑長。這就意味著每次依據(jù)照明系統(tǒng)提供成像系統(tǒng)的時候，要求最佳成像元件的組合和最合適的數(shù)值孔徑。在不犧牲成像元件的密度和數(shù)值孔徑的最佳匹配的情況下，提供具有獨立光軸的成像元件的透射照明設(shè)備和方法沒有滿足需要，尤其是陣列顯微鏡。
技術(shù)實現(xiàn)思路
鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本技術(shù)的目的是提出一種用于多維成像系統(tǒng)的單軸照明系統(tǒng)。本技術(shù)的目的將通過以下技術(shù)方案得以實現(xiàn)一種用于多維成像系統(tǒng)的單軸照明系統(tǒng)，包括一多軸成像體統(tǒng)，所述多軸成像體統(tǒng)具有一多軸成像體統(tǒng)物平面和復(fù)數(shù)個的橫向分布的成像元件，所述成像元件在所述多軸成像體統(tǒng)物平面上產(chǎn)生物體各部分的圖像，所述成像元件具有獨立的鏡頭，光學(xué)成像軸和視野，所述光學(xué)成像軸彼此分散布置；還包括一光源和一照明子系統(tǒng)，所述照明子系統(tǒng)設(shè)置在所述光源和多軸成像體統(tǒng)物平面之間，所述照明子系統(tǒng)具有一單獨的照明光軸。優(yōu)選的，上述的用于多維成像系統(tǒng)的單軸照明系統(tǒng)，其中所述照明光軸與所述成像元件的光學(xué)成像軸平行。優(yōu)選的，上述的用于多維成像系統(tǒng)的單軸照明系統(tǒng)，其中所述照明子系統(tǒng)包括一照明子系統(tǒng)前焦平面，所述光源設(shè)置在所述照明子系統(tǒng)前焦平面上，用以提供科勒照明。優(yōu)選的，上述的用于多維成像系統(tǒng)的單軸照明系統(tǒng)，其中所述照明子系統(tǒng)包括共軛的一照明子系統(tǒng)物平面和一照明子系統(tǒng)像平面，所述光源設(shè)置在所述照明子系統(tǒng)物平面上，所述照明子系統(tǒng)像平面設(shè)置在所述多維成像系統(tǒng)物平面上，用以提供臨界照明。優(yōu)選的，上述的用于多維成像系統(tǒng)的單軸照明系統(tǒng)，其中所述照明子系統(tǒng)包括共軛的一照明子系統(tǒng)物平面和一照明子系統(tǒng)像平面，還包括一振幅掩膜，所述振幅掩膜設(shè)置在所述光源和所述多維成像系統(tǒng)物平面之間，用以控制在所述多維成像系統(tǒng)物平面上照明子系統(tǒng)的成像區(qū)域的，并且所述振幅掩膜設(shè)置在所述照明子系統(tǒng)物平面上或者照明子系統(tǒng)像平面上。優(yōu)選的，上述的用于多維成像系統(tǒng)的單軸照明系統(tǒng)，其中所述照明子系統(tǒng)包括一照明子系統(tǒng)前焦平面，所述光源設(shè)置在所述照明子系統(tǒng)前焦平面上，所述照明子系統(tǒng)包括一設(shè)置在所述光源和所述多維成像系統(tǒng)物平面之間的振幅掩膜，所述振幅掩膜具有一用于阻隔光束照射到多維成像系統(tǒng)物平面上的不透明部分。優(yōu)選的，上述的用于多維成像系統(tǒng)的單軸照明系統(tǒng)，其中所述照明子系統(tǒng)包括一照明子系統(tǒng)前焦平面，所述光源為一環(huán)形光源，所述環(huán)形光源設(shè)置在所述照明子系統(tǒng)前焦 平面上，用以提供暗區(qū)域的照明。優(yōu)選的，上述的用于多維成像系統(tǒng)的單軸照明系統(tǒng)，其中還包括復(fù)數(shù)個設(shè)置在所述成像元件的后焦平面上的相差掩膜，所述相差掩膜包括一中心區(qū)域和一外部區(qū)域，對于透過外部區(qū)域的相差光，透過中心區(qū)域的相差光延遲預(yù)先設(shè)定的數(shù)本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種用于多維成像系統(tǒng)的單軸照明系統(tǒng)，其特征在于：包括一多軸成像體統(tǒng)，所述多軸成像體統(tǒng)具有一多軸成像體統(tǒng)物平面和復(fù)數(shù)個的橫向分布的成像元件，所述成像元件在所述多軸成像體統(tǒng)物平面上產(chǎn)生物體各部分的圖像，所述成像元件具有獨立的鏡頭，光學(xué)成像軸和視野，所述光學(xué)成像軸彼此分散布置；還包括一光源和一照明子系統(tǒng)，所述照明子系統(tǒng)設(shè)置在所述光源和多軸成像體統(tǒng)物平面之間，所述照明子系統(tǒng)具有一單獨的照明光軸。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種用于多維成像系統(tǒng)的單軸照明系統(tǒng)，其特征在于包括一多軸成像體統(tǒng)，所述多軸成像體統(tǒng)具有一多軸成像體統(tǒng)物平面和復(fù)數(shù)個的橫向分布的成像元件，所述成像元件在所述多軸成像體統(tǒng)物平面上產(chǎn)生物體各部分的圖像，所述成像元件具有獨立的鏡頭，光學(xué)成像軸和視野，所述光學(xué)成像軸彼此分散布置；還包括一光源和一照明子系統(tǒng)，所述照明子系統(tǒng)設(shè)置在所述光源和多軸成像體統(tǒng)物平面之間，所述照明子系統(tǒng)具有一單獨的照明光軸。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于多維成像系統(tǒng)的單軸照明系統(tǒng)，其特征在于所述照明光軸與所述成像元件的光學(xué)成像軸平行。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于多維成像系統(tǒng)的單軸照明系統(tǒng)，其特征在于所述照明子系統(tǒng)包括一照明子系統(tǒng)前焦平面，所述光源設(shè)置在所述照明子系統(tǒng)前焦平面上。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于多維成像系統(tǒng)的單軸照明系統(tǒng)，其特征在于所述照明子系統(tǒng)包括共軛的一照明子系統(tǒng)物平面和一照明子系統(tǒng)像平面，所述光源設(shè)置在所述照明子系統(tǒng)物平面上，所述照明子系統(tǒng)像平面設(shè)置在所述多維成像系統(tǒng)物平面上。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于多維成像系統(tǒng)的單軸照明系統(tǒng)，其特征在于所述照明子系統(tǒng)包括共軛的一照明子系統(tǒng)物平面和一照明子系統(tǒng)像平面，還包括一振幅掩膜，所述振幅掩膜設(shè)置在所述光源和所述多維成像系統(tǒng)物平面之間，并且所述振幅掩膜設(shè)置在所述照明子系統(tǒng)物平面上或者照明子系統(tǒng)像...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：周丕軒，周偉鋒，
申請(專利權(quán))人：帝麥克斯蘇州醫(yī)療科技有限公司，
類型：實用新型
國別省市：