一种用于微型变焦活体脑成像系统的微型显微物镜装置，包括成像光路系统，所述成像光路系统包括相对应的光学透镜组和成像透镜，光学透镜组由机体和沿光轴同轴排列的多块透镜依次排列组成，成像透镜位于光学透镜组的同一光轴上，光线依次穿过多块所述透镜后转变为平行光输出至成像透镜；多块所述透镜均为球面结构，且多块透镜均卡接固定于机体内；与现有技术相比，对成像光路中的物镜结构方案进行了针对性设计，使用五片球面透镜组合的方式，对物镜成像像差进行了专门的优化何矫正，物镜整体具有更短的焦距，较低的球差，像散和场曲，相比于一般方案使用的自聚焦透镜，能够实现更好的边缘视场成像质量，扩大了有效视场。扩大了有效视场。扩大了有效视场。
【技术实现步骤摘要】
一种用于微型变焦活体脑成像系统的微型显微物镜装置
[0001]本专利技术涉及显微物镜
，具体涉及一种用于微型变焦活体脑成像系统的微型显微物镜装置。
技术介绍
[0002]探究生物体内的神经活动是如何创造不同的大脑功能以及由这些功能所产生的行为是神经科学的核心问题之一，而该问题在实验过程中必须在生物体的行为过程中记录神经活动，以此确定神经活动和生物行为过程的因果关系。
[0003]如今一般应用于活体脑成像的手段主要就是钙指示剂结合荧光显微成像技术。细胞动作电位频率变化可以通过钙离子浓度变化表现出来，那么结合钙指示剂产生荧光蛋白并激发产生荧光后，就可以收集这些荧光信号实现成像。为了实现能够跟随活体动物在自由活动的状态下及进行实时成像，我们设计了一种使用方便的微型变焦活体脑成像系统，在实验动物自由活动时进行实时的荧光显微成像，同时能够在一定范围内自由地控制聚焦深度，满足多层扫描成像的实验结果要求。
[0004]根据一般的设计方案，在微型变焦活体脑成像系统的搭建和设计中，我们使用了自聚焦透镜作为系统的微型物镜，来实现系统使用中荧光信号的接收和成像。自聚焦透镜具有结构小，材料一体化成型，数值孔径较大，焦距短等特点，比较适合用于微型化宽场荧光显微镜之中。但它也存在着价格昂贵，易损坏，边缘视场成像像差严重等问题，往往2mm直径的透镜，仅有靠近中心的20%的面积成像质量较好，很大程度上限制了有效视场，降低了分辨率。同时自聚焦透镜目前的生产加工全部依赖于国外进口，仅有少数几家国外的光学公司能够生产销售，国内缺乏自主研发。所以在微型显微镜系统相关领域中，我们急需要能够对该微型物镜的应用方案实现一种国产化替代，同时在物镜的参数和性能上实现进一步的提升，以提升微型变焦活体脑成像系统的成像性能。
技术实现思路
[0005]本专利技术是为了克服上述现有技术中的缺陷，提供一种在不过多牺牲物镜尺寸的基础上，相比一般的自聚焦透镜具有更高的数值孔径和物方分辨率，并增加了物镜保护结构，能够帮助微型变焦活体脑成像系统提升设备性能与成像效果的用于微型变焦活体脑成像系统的微型显微物镜装置。
[0006]为了实现上述专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：一种用于微型变焦活体脑成像系统的微型显微物镜装置，包括成像光路系统，所述成像光路系统包括相对应的光学透镜组和成像透镜，光学透镜组由机体和沿光轴同轴排列的多块透镜依次排列组成，成像透镜位于光学透镜组的同一光轴上，光线依次穿过多块所述透镜后转变为平行光输出至成像透镜；多块所述透镜均为球面结构，且多块透镜均卡接固定于机体内；相邻透镜之间设有定位透镜的隔圈。
[0007]作为本专利技术的一种优选方案，所述光学透镜组由依次沿光轴同轴排列的第一透
镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜组成，其中第一透镜位于成像光路系统的物方，第二透镜位于成像光路系统的像方。
[0008]作为本专利技术的一种优选方案，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜的直径尺寸不大于4mm，最小厚度不低于0.35mm，工作波长位于可见光波段，物方焦距为1.7
‑
1.9mm，物方数值孔径约为0.40
‑
0.50。
[0009]作为本专利技术的一种优选方案，所述第一透镜和第五透镜的曲率半径小于3mm，第二透镜、第三透镜和第四透镜的焦距小于10mm。
[0010]作为本专利技术的一种优选方案，所述第二透镜、第三透镜和第四透镜均为短焦距正透镜，第五透镜为短焦距负透镜，且第一透镜和第二透镜两侧均为正折射面，第四透镜和第五透镜两侧均为负折射面。
[0011]作为本专利技术的一种优选方案，所述第二透镜、第三透镜和第四透镜之间的最小间隔为0.1mm。
[0012]作为本专利技术的一种优选方案，所述机体包括镜筒和设置于镜筒内的第一隔圈、第二隔圈、第三隔圈和第四隔圈，第一隔圈位于第一透镜和第二透镜之间，第二隔圈位于第二透镜和第三透镜之间，第三隔圈位于第三透镜和第四透镜之间，第四隔圈位于第四透镜和第五透镜之间。
[0013]作为本专利技术的一种优选方案，所述成像透镜为双胶合消色差透镜。
[0014]作为本专利技术的一种优选方案，所述成像透镜的工作波长位于可见光波长范围内，且成像透镜的尺寸直径不大于4mm，有效焦距为8
‑
12mm。
[0015]作为本专利技术的一种优选方案，所述第一透镜为重冕玻璃材质，第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜均为重镧火石玻璃材质。
[0016]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1、通过镜组中成对设置的第一透镜和第五透镜、第二透镜和第四透镜，采用正、负光焦度分离的方案，依靠其中正负光焦度的面型相互抵消来矫正像差，一定程度上改善一般的自聚焦透镜中像散与场曲问题。
[0017]2、通过减小第一透镜和第五透镜的曲率半径，减小物镜入光和出光透镜，使光线在物镜内部的走向实现一个扩束效果，以便于增大其收光锥角，增大数值孔径；通过减小第二透镜、第三透镜和第四透镜的曲率半径，减小各个透镜的焦距，令光线在内部被扩束后继续实现大角度偏折，从而减小组合后透镜组的焦距，实现提高物镜的数值孔径。
[0018]3、根据微型变焦活体脑成像系统的应用，对成像光路中的物镜结构方案进行了针对性设计，使用五片球面透镜组合的方式，对物镜成像像差进行了专门的优化何矫正。物镜整体具有更短的焦距，较低的球差，像散和场曲，相比于一般方案使用的自聚焦透镜，能够实现更好的边缘视场成像质量，扩大了有效视场。
[0019]4、针对性设计的成像透镜，能够对物镜的像差再进行优化矫正，提升了微型变焦活体脑成像系统总体的成像分辨率，进一步提高了轴外光的成像效果，扩大了系统实际的有效视场。
[0020]5、物镜的镜筒结构，能够对无限远物镜光学透镜组的多片透镜实现精准安装组合，形成能够组装入设备的独立物镜，并通过精简结构实现了物镜工作距离的提升，相比一般的自聚焦透镜，工作距提升了4倍之多。这一提升应用在微型活体脑成像系统中，能够便
于适配许多生物实验操作，如需要在物镜和被观察物之间安放实验必须的盖玻片，生物试剂等等，也能够避免实验中出血状况造成的污染等等。
[0021]6、球面透镜的加工方案以及常见的冕牌玻璃与火石玻璃材料。相比需要特殊材料，一体成型加工才能完成的自聚焦透镜，传统球面透镜材料易得，生产成本更低，同时通过镜筒结构设计增加了透镜保护，避免如自聚焦透镜的安装方案一般，需要将透镜一部分裸露在设备外，减少了透镜损坏的风险；7、在几乎不增加体积和尺寸的情况下，提高了成像质量，降低了成本，对国外的进口产品实现了国产化设计替代，打破了在微型活体脑成像系统领域特殊器件的国外垄断情况，推进了国内微型活体脑成像系统的开发和研究。
附图说明
[0022]图1是本专利技术的光路示意图；图2是机体与光学透镜组的连接示意图；图3是镜筒的结构示意图；图4是镜筒的结构示意图；图5是本专利技术的结构示意图；附图标记：光学透镜组1，成像透镜2，机体3，第一本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于微型变焦活体脑成像系统的微型显微物镜装置，包括成像光路系统，其特征在于，所述成像光路系统包括相对应的光学透镜组（1）和成像透镜（2），光学透镜组（1）由机体（3）和沿光轴同轴排列的多块透镜依次排列组成，成像透镜（2）位于光学透镜组（1）的同一光轴上，光线依次穿过多块所述透镜后转变为平行光输出至成像透镜（2）；多块所述透镜均为球面结构，且多块透镜均卡接固定于机体（3）内；相邻透镜之间设有定位透镜的隔圈。2.根据权利要求1所述的一种用于微型变焦活体脑成像系统的微型显微物镜装置，其特征在于，所述光学透镜组（1）由依次沿光轴同轴排列的第一透镜（4）、第二透镜（5）、第三透镜（6）、第四透镜（7）和第五透镜（8）组成，其中第一透镜（4）位于成像光路系统的物方，第二透镜（5）位于成像光路系统的像方。3.根据权利要求2所述的一种用于微型变焦活体脑成像系统的微型显微物镜装置，其特征在于，所述第一透镜（4）、第二透镜（5）、第三透镜（6）、第四透镜（7）和第五透镜（8）的直径尺寸不大于4mm，最小厚度不低于0.35mm，工作波长位于可见光波段，物方焦距为1.7
‑
1.9mm，物方数值孔径约为0.40
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0.50。4.根据权利要求2所述的一种用于微型变焦活体脑成像系统的微型显微物镜装置，其特征在于，所述第一透镜（4）和第五透镜（8）的曲率半径小于3mm，第二透镜（5）、第三透镜（6）和第四透镜（7）的焦距小于10mm。5.根据权利要求4所述的一种用于微型变焦活体脑成像系统的微型显微物镜装置，其特征在于...
【专利技术属性】
技术研发人员：武泽楠，龚薇，斯科，
申请(专利权)人：浙江浙大西投脑机智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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