一种应用于多视野并行成像的新型物镜阵列制造技术

一种多视野并行成像的新型物镜阵列，由多个小型显微物镜单元按照一定排列方式实现的阵列式显微光学成像系统，能够对同一组织切片的不同部位进行显微放大的同时成像，以实现多个显微视野的同时观察以及数字病理全切片高速扫描的目的。本实用新型专利技术的主要构成部分：小型显微物镜单元是一种折反射式物镜光学系统，沿其光轴方向一次包括第一透镜和第二透镜，第一透镜和第二透镜均为弯月透镜，第一透镜前表面和第二透镜后表面均镀有光学介质分光薄膜，简洁地实现了光在系统内的衍射最大路径，达到衍射极限。本实用新型专利技术其中一种实例实现了大视野高性能的小型显微物镜单元及由其构成的新型物镜阵列。

A new type of objective lens array for multi field parallel imaging

【技术实现步骤摘要】
一种应用于多视野并行成像的新型物镜阵列
本技术涉及光学成像领域，具体的说是一种由多个大视野高性能的小型显微物镜所构成的多视野并行成像的新型物镜阵列光学系统。
技术介绍
显微物镜是光学显微镜系统中不可缺少的重要光学部件之一，它使用在显微镜设备的前端，是显微镜光学系统中第一个接收到被观测物体光线的透镜。一般来说，显微物镜由入瞳透镜，孔径光阑，中间透镜或中间透镜组合，以及出瞳透镜组成，作用是将本观测物体的局部区域进行放大，以实现人们对微观世界的观察。来自被观测物体的光线，首先通过入瞳透镜，照射入镜筒之中，其次在孔径光阑和中间透镜的作用下被放大，最后通过出瞳透镜照射到镜筒之外，并实现清晰的成像。单一的显微物镜性能主要由：数值孔径、视野范围、放大倍数、有效焦距。数值孔径描述了物镜收光锥角的大小，直接决定显微物镜的收光能力以及光学分辨率，例如：数值孔径越大，显微物镜收光能力越强，光学分辨率越高；视野范围是显微物镜所能够放大成像的观测物体范围，放大倍数是视野范围与成像面积的比例，通常在成像面积固定的情况下，放大倍数越大，视野范围越小，所需要的中间透镜数量越多(通常大于三片透镜)，以抑制高倍率成像的像差；有效焦距是光学系统的主点到焦点在光轴上的距离，有效焦距越小，放大倍数越大，视野范围越小，数值孔径越大。传统显微物镜，视野范围小，镜筒体积大，不能对距离相近的不同部位的细胞组织进行同时观测，例如放大倍数40倍的传统物镜，镜筒直径为24毫米，视野范围0.5毫米，因此24毫米直径范围内，能够进行观察的范围仅有直径0.5毫米的中心范围，其他区域均被庞大的物镜镜筒挡住，无法进行显微观察，若要对其他区域进行观察，必须移动显微镜光学系统或者组织切片。因此，当需要对距离相近的不同细胞组织进行同时的显微观察时，传统物镜并不能满足需求。例如对病理组织芯片(TissueMicroarray，TMA)进行显微观察时，不同组织标本以规则阵列方式紧密排布与同一载玻片上，需要对这些组织标本进行同时的显微成像，以提高显微观察效率，减少诊断负担与误差，而使用传统物镜的情况下，只能对每个组织进行逐个观察与诊断，效率极低且容易造成误诊；另外，在利用数字病理扫描仪对一个切片组织进行数字化全切片成像时，需要对组织切片的不同部位进行同时成像与扫描，以实现高速扫描从而提升数字化病理诊断的效率，而使用传统物镜的情况下，只能对切片组织进行逐个视野的显微图像拍摄，再对图像进行拼接，不仅在全切片成像方面容易造成累计误差，而且效率极低，影响高效诊断的实现，无法充分体现数字病理在临床病理诊断中的价值。综上所述，需要一种多视野并行成像的新型物镜阵列，改进现有光学显微镜同时只能观察一个显微视野的缺点，满足对多个显微视野进行同时显微观察的需要。
技术实现思路
根据上述传统显微物镜的问题以及改善需要，本技术提供一种应用于多视野并行成像的新型物镜阵列，可应用于光学显微镜领域，特别是超高速数字病理成像以及显微成像领域。本技术提供一种应用于多视野并行成像的新型物镜阵列，其成像原理是这样的：一种应用于多视野并行成像的新型物镜阵列，由多个完全相同的大视野高性能的小型显微物镜单元按照四边形矩阵排列方式实现的阵列式显微光学成像系统；所述物镜阵列沿其光轴方向，依次包括第一透镜阵列和第二透镜阵列；所述显微物镜单元包括位于第一透镜阵列的第一透镜和位于第二透镜阵列的第二透镜，所述第一透镜与所述第二透镜相对；每一个小型显微物镜单元是一种折反射式的物镜。所述小型显微物镜单元，首先，沿其光轴方向，从被观测物体表面(物面)到成像表面(像面)依次包括第一透镜和第二透镜，所述的第一透镜为弯月透镜，面向物面的前表面为凹面，面向像面的后表面为凸面；所述的第二透镜为凹凸透镜，面向物面的前表面为凹面，面向像面的后表面为凸面；所述的第一透镜和第二透镜的前后表面曲率均不相同；孔径光阑阵列位于第一透镜阵列的后表面位置。所述的小型物镜单元，沿其光轴方向，第一透镜的前表面与第二透镜的后表面均镀有半透半反光学介质分光薄膜，所述半透半反光学介质分光薄膜是一种光学镀膜，能够使入射光沿入射方向透过并继续传播，同时使入射光沿入射逆方向反射并沿入射逆方向继续传播，沿入射方向透过并继续传播的光为透过光，沿入射逆方向发射并沿入射逆方向继续传播的光为反射光，根据能量守恒定律，反射光与透过光的能量总和等于入射光的能量，具体体现在反射光与透过光的光照强度的总和等于入射光的光照强度。所述的小型物镜单元，所有透镜的材料均采用低熔点和高低色散搭配的玻璃。上述的材质高低色散搭配，也即第一透镜选用高色散材料玻璃且第二透镜选用低色散材料玻璃，或者第一透镜选用低色散材料玻璃且第二透镜选用高色散材料玻璃，通过上述高低色散的材质组合搭配，使光学色散相互补偿，实现色差的消除以及成像质量的提升。所述的小型显微物镜单元，其成像原理是这样的：沿光轴方向，来自被观测物体的光照射到第一透镜的前表面，通过第一半透半反光学介质分光薄膜，一部分光被反射到光学系统之外，不进行成像，另一部分光通过膜进入光学系统，形成入射光，进入光学系统的入射光通过第一透镜，从第一透镜的后表面出射，通过第一透镜与第二透镜之间的空气间隙，入射到第二透镜的前表面并照射到第二透镜的后表面，通过第二透镜的后表面上的第二半透半反光学介质分光薄膜，一部分光通过膜出射到光学系统之外，形成发散的、光照强度弱的光并照射到像面，另一部分光发生反射并根据第二透镜后表面的曲率汇聚照射到第一透镜中，这一部分反射光再通过第一透镜的前表面的第一半透半反光学介质分光薄膜，根据第一透镜前表面的曲率，汇聚照射到第二透镜的后表面，透过第二透镜的第二半透半反光学介质分光薄膜，继续汇聚形成集中并光照强度强的焦点，该焦点位置即为像面位置。根据上述成像原理，在像面上的光成分为发散的、没有形成焦点的完全透射光，以及汇聚的、形成成像焦点的多次反射光，多次反射光的辐照远远高于一次完全透射光，在成像中，完全透射光为噪声，多次反射光为成像，因此成像对比噪声的信噪比高，即使存在完全透射光，也对清晰成像不会造成较大影响。进一步的，前述的第一透镜和第二透镜是圆形透镜，第一透镜和第二透镜之间具有间隔；间隔中可充满空气或者液体，又或者间隔内设有满足更高成像要求的其他透镜及其他透镜组合。进一步的，前述第一透镜的前表面和后表面的面型为非球面或者自定义曲面，第二透镜的前表面和后表面为非球面或者自定义曲面。使用非球面或者自定义曲面的表面，能够使光学系统设计更容易达到小型化的要求，也能够更加容易地使光学系统设计的优化，完全符合系统性能要求。而使用传统球面表面的情况下，达到光学系统性能要求需要更大面积透镜或者更长的光学系统距离，简单地说，使用非球面或者自定义曲面的表面，在光学系统小型化以及高性能要求的制约下，光学系统设计的优化更加完善，而球面表面则不能同时满足高性能要求和小型化要求的制约。进一步的，前述的四边形矩阵排列方式，是多个大视野高性能的小型显微物镜单元进行并排拼接摆放所构成的矩形物本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种应用于多视野并行成像的新型物镜阵列，其特征在于,其是由多个大视野高性能的小型显微物镜单元，按照四边形矩阵排列方式实现的阵列式显微光学成像系统；/n所述物镜阵列沿其光轴方向，依次包括第一透镜阵列和第二透镜阵列；/n所述显微物镜单元包括位于第一透镜阵列的第一透镜和位于第二透镜阵列的第二透镜，所述第一透镜与所述第二透镜相对；其中，第一透镜面向物面的表面为前表面，面向像面的表面为后表面；第二透镜面向物面的表面为前表面，面向像面的表面为后表面；所述的第一透镜和第二透镜构成一种折反射式光学系统，在第一透镜前表面镀有第一半透半反光学介质分光薄膜，在第二透镜后表面镀有第二半透半反光学介质分光薄膜。/n

【技术特征摘要】
1.一种应用于多视野并行成像的新型物镜阵列，其特征在于,其是由多个大视野高性能的小型显微物镜单元，按照四边形矩阵排列方式实现的阵列式显微光学成像系统；
所述物镜阵列沿其光轴方向，依次包括第一透镜阵列和第二透镜阵列；
所述显微物镜单元包括位于第一透镜阵列的第一透镜和位于第二透镜阵列的第二透镜，所述第一透镜与所述第二透镜相对；其中，第一透镜面向物面的表面为前表面，面向像面的表面为后表面；第二透镜面向物面的表面为前表面，面向像面的表面为后表面；所述的第一透镜和第二透镜构成一种折反射式光学系统，在第一透镜前表面镀有第一半透半反光学介质分光薄膜，在第二透镜后表面镀有第二半透半反光学介质分光薄膜。

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【专利技术属性】
技术研发人员：于綦悦，唐玉豪，何俊峰，吴庆军，邓建，刘亚鸿，
申请(专利权)人：达科为深圳医疗设备有限公司，
类型：新型
国别省市：广东;44