一种用于生物观测的长工作距离、高分辨率的视频显微镜制造技术

本发明专利技术提供一种用于生物观测的长工作距离、高分辨率的视频显微镜，所述视频显微镜包括由前组胶合透镜和后组胶合透镜组成李斯特物镜组，由次反射镜和主反射镜组成卡塞格林反射镜系统，在李斯特物镜组前设置孔径光阑，消除由于次反射镜的遮挡而产生的不成像的部分；将卡塞格林反射镜系统用于视频显微镜中，由于主反射镜的存在，其口径能够足够大，能够接收尽可能多的能量保证光照度，提高数值孔径，提高分辨率，同时卡塞格林反射镜系统没有色差，从而消除像差，保证物方分辨率，从而保证长工作距离的同时具有高分辨率，能够清楚观测细胞培养；本发明专利技术提供的视频显微镜的在400‑700nm波段工作，其工作距离能够达到100mm，数值孔径为0.38mm，物方视线场为1.2mm。

A long working distance and high resolution video microscope for biological observation

The present invention provides a long working distance, high resolution video microscope for biological observation. The video microscope consists of a Lester lens group composed of a front group glued lens and a rear group of glued lenses, which consist of a seagogling mirror system with a secondary reflector and a main reflector and an aperture aperture before the Lester object lens group. To eliminate the non imaging parts resulting from the occlusion of a secondary mirror; use the Casey Green reflector system in a video microscope. Due to the existence of the main reflector, its caliber can be large enough to receive as much energy as possible to ensure the illumination, improve the numerical aperture and improve the resolution, and reflect the Casey Green reflection. The lens system has no chromatic aberration, thus eliminating aberrations, ensuring the resolution of the object, ensuring the long working distance and having high resolution at the same time, and can clearly observe the cell culture. The video microscope provided by the invention can work in the 400 700nm band, with a working distance of 100mm, a numerical aperture of 0.38mm, a square of sight field. For 1.2mm.

【技术实现步骤摘要】
一种用于生物观测的长工作距离、高分辨率的视频显微镜
本专利技术属于生物医学工程领域，具体涉及一种用于生物观测的长工作距离、高分辨率的视频显微镜。
技术介绍
视频显微镜目前被广泛用于机器视觉，读数测量等工业领域，由于其受分辨率及工作距离的限制，在生物医学领域应用甚少。目前医药企业及科研院所的生物实验室均是利用传统的倒置显微镜来观察细胞，倒置显微镜分辨率高，但其工作距离很小，其工作距离只有0.1-3mm。综上所言，目前市面上的倒置显微镜分辨率高，但工作距离短，工业视频显微镜工作距长，分辨率低；通常培养瓶体厚30mm，细胞工厂每层厚度20mm，斜置观察工作距需要在80mm以上，不同规格的细胞发酵罐的高度在18mm-100mm不等，因此市面上的倒置显微镜和工业视频显微镜均不能直接用于观察培养瓶、细胞工厂和细胞发酵罐等培养皿中的细胞。
技术实现思路
为了解决现有技术中使用传统的倒置显微镜不能直接用于生物制药领域中观察培养瓶、细胞工厂以及细胞发酵罐中的细胞的问题，本专利技术的目的是提供一种长工作距离、高分辨率的李斯特型物镜与卡塞格林反射镜相结合的全新的显微物镜，提升视频显微镜的工作距离和分辨率，方便生物制药领域的观测，保证医药企业质量监控，避免人为污染，全面提高企业生产效率。本专利技术提供一种用于生物观测的长工作距离、高分辨率的视频显微镜，所述视频显微镜沿同光轴方向从前到后依次包括：孔径光阑，前组胶合透镜，后组胶合透镜，平板，次反射镜和主反射镜，所述次反射镜与所述平板固定连接，所述主反射镜为平凹球面透镜，所述平凹球面透镜中心设置有通孔，所述平凹球面透镜的凹面靠近次反射镜。本专利技术在视频显微镜中引入卡塞格林反射系统，卡塞格林反射系统中的主反射镜的口径可以做的足够大，从而能够接收更多的能量，保证光照度。通常口径的加大会引起边缘像差，导致成像不清晰，而本专利技术采用卡塞格林反射系统和李斯特型物镜组相结合的方式，减少光学原件的个数，消除球差，校正像差。本专利技术提供视频显微镜由前组胶合透镜和后组胶合透镜构成李斯特物镜组，由次反射镜和环形的主反射镜构成卡塞格林反射镜系统，本专利技术将孔径光阑设置于李斯特物镜组前面，这种结构设计，能够消除由于次反射镜的遮挡而产生的不成像的部分。进一步地，所述孔径光阑表面的中心镀圆形反射膜，表面的边缘镀有环形增透膜，所述反射率膜的反射率为94％以上，所述增透膜的透过率为98.6％以上。本专利技术提供的视频显微镜在孔径光阑的中心镀圆形高反射率膜，反射膜的外围即孔径光阑表面的边缘镀环形的增透膜，进一步限制系统的边缘光线，校正球差。进一步地，所述前组胶合透镜包括第一透镜和第二透镜，所述第一透镜为正光焦度透镜，第二透镜为负光焦度透镜，所述后组胶合透镜包括第三透镜和第四透镜，所述第三透镜为负光焦度透镜，所述第四透镜为正光焦度透镜。进一步地，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜均为弯月透镜，所述第一透镜凹面靠近所述孔径光阑，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜的弯曲方向一致，所述第一透镜的凸面和所述第二透镜的凹面贴合，所述第三透镜的凸面和所述第四透镜的凹面贴合。进一步地，所述第二透镜和第三透镜的中间设置有视场光阑。本专利技术的长工作距离、高分辨率视频显微镜中包括4块透镜，依次为第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜，从物面方向顺次为第一透镜：正光焦度透镜；第二透镜：负光焦度透镜；第三透镜：负光焦度透镜；第四透镜：正光焦度透镜。第一透镜和第二透镜为一组，第三透镜和第四透镜为另一组，两组胶合透镜类似于双高斯结构，在镜组间加一视场光阑，限制入射光线高度，第二和第三透镜凸面弯向视场光阑，有利于校正像散及场区，且第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜均为一正一负光焦度透镜，胶合可校正球差。两组透镜成对称双高斯结构，有利于分散光焦度负担，校正轴外点高级像差。进一步地，所述第一透镜的阿贝数为70.13以上，所述第三透镜的阿贝数为64.11以上，所述第二透镜的折射率为1.80以上，所述第四透镜的折射率为1.78以上。阿贝数为色散系数的倒数，本专利技术第一透镜和第三透镜选用色散系数小的冕牌玻璃，第二透镜和第四透镜选择反射率高的火石玻璃，这种设计成像清晰，分辨率高。进一步地，所述次反射镜为平凸透镜，所述平凸透镜的平面与所述平板胶合，所述凸面靠近所述主反射镜，所述平凸透镜上镀有反射膜，所述反射膜的反射率为93％以上，高反射率的反射膜进一步促进提高成像清晰度。本专利技术的视频显微镜中包含主反射镜和次反射镜，次反射镜为平凸球面镜与平板相胶合，保证同轴度，主反射镜为平凹球面透镜，所述平凹球面透镜中心设置有通孔，所述平凹球面透镜的凹面靠近次反射镜。本专利技术中次反射镜通过胶合的方式固定于平板上，平板选用光学材料k9玻璃，在k9玻璃上涂布极薄的胶黏剂，然后将次反射镜固定在平板上，这样避免了平板挡光，保证成像的光照度。与传统的三角支架固定方式相比，本专利技术的中光的透过率高，成像光照度充足。进一步地，所述主反射镜的直径为80-100mm，所述主反射镜中心的通孔的直径为20-24mm，更进一步地，所述次反射镜的直径为30-38cm。进一步地，所述孔径光阑的直径为38-42mm，中心圆孔的直径为16-20mm。本专利技术提供的视频显微镜的工作波段为400-700nm，工作距离为100mm以内，数值孔径为0.38mm，物方线视场为1.2mm。本专利技术的有益效果为：本专利技术提供的视频显微镜中由前组胶合透镜和后组胶合透镜组成李斯特物镜组，由次反射镜和主反射镜组成卡塞格林反射镜系统，在李斯特物镜组前面设置孔径光阑，消除由于次反射镜的遮挡而产生的不成像的部分，利用李斯特物镜与卡塞格林反射镜系统相结合的方式设计显微镜，将卡塞格林反射镜系统用于显微镜中，由于主反射镜的存在，主镜的口径能够足够大，能够接收尽可能多的能量保证光照度，提高数值孔径，提高分辨率，同时卡塞格林反射镜系统没有色差，从而可以消除像差，保证物方分辨率，从而实现保证长工作距离的同时具有高分辨率，能够清楚观测细胞培养；本专利技术提供的视频显微镜的在400-700nm波段工作，其工作距离能够达到100mm，数值孔径NA为0.38mm，物方视线场为1.2mm。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术提供的视频显微镜的结构示意图；图2是本专利技术提供的视频显微镜的MTF传递函数曲线图；图3是本专利技术的视频显微镜的点列图。图中1、孔径光阑；2、前组胶合透镜；3、后组胶合透镜；4、平板；5、次反射镜；6、主反射镜；7、通孔；8、第一透镜；9、第二透镜；10、第三透镜；11、第四透镜；12、视场光阑；13、物面。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本专利技术所保护的范围。本专利技术提供了一种用于生物观测的长本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于生物观测的长工作距离、高分辨率的视频显微镜，其特征在于，沿同光轴方向从前到后依次包括：孔径光阑，前组胶合透镜，后组胶合透镜，平板，次反射镜和主反射镜，所述次反射镜与所述平板固定连接，所述主反射镜为平凹球面透镜，所述平凹球面透镜中心设置有通孔，所述平凹球面透镜的凹面靠近次反射镜。

【技术特征摘要】
1.一种用于生物观测的长工作距离、高分辨率的视频显微镜，其特征在于，沿同光轴方向从前到后依次包括：孔径光阑，前组胶合透镜，后组胶合透镜，平板，次反射镜和主反射镜，所述次反射镜与所述平板固定连接，所述主反射镜为平凹球面透镜，所述平凹球面透镜中心设置有通孔，所述平凹球面透镜的凹面靠近次反射镜。2.根据权利要求1所述的用于生物观测的长工作距离、高分辨率的视频显微镜，其特征在于，所述孔径光阑表面的中心镀圆形反射膜，表面的边缘镀有环形增透膜，所述反射率膜的反射率为94％以上，所述增透膜的透过率为98.6％以上。3.根据权利要求2所述的用于生物观测的长工作距离、高分辨率的视频显微镜，其特征在于，所述前组胶合透镜包括第一透镜和第二透镜，所述第一透镜为正光焦度透镜，第二透镜为负光焦度透镜，所述后组胶合透镜包括第三透镜和第四透镜，所述第三透镜为负光焦度透镜，所述第四透镜为正光焦度透镜。4.根据权利要求3所述的用于生物观测的长工作距离、高分辨率的视频显微镜，其特征在于，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜均为弯月透镜，所述第一透镜凹面靠近所述孔径光阑，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜的弯曲方向一致，所述第一透镜的凸面和所述第二透镜的凹面贴合，所述第三...

【专利技术属性】
技术研发人员：李琦，向阳，董萌，宫平，高峰，宁旭，李京曼，
申请(专利权)人：长春理工大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22