本發(fā)明屬于顯微成像技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種光學(xué)顯微成像設(shè)備及其成像方法。

背景技術(shù)：

光學(xué)顯微成像技術(shù)的兩大發(fā)展趨勢(shì)是：一、高的空間分辨率，即能獲取清晰的樣品細(xì)節(jié)信息；二、大的成像視野，即能同時(shí)看到一個(gè)面積大的樣品空間內(nèi)多個(gè)或全部的區(qū)域。

高的空間分辨率需要物鏡具有高的數(shù)字孔徑來保證光學(xué)分辨率，同時(shí)需要探測(cè)陣列(相機(jī)光敏面)的像元尺寸小來保證采樣分辨率。而大的成像視野需要探測(cè)陣列(相機(jī)光敏面)的面積足夠大。最直觀的方法就是一個(gè)分辨率非常高(像元數(shù)量非常多)的探測(cè)陣列(相機(jī))。

目前高分辨率大光敏面積的相機(jī)也在快速發(fā)展之中，但目前最高配的相機(jī)在很多應(yīng)用中仍無法同時(shí)滿足人們對(duì)高的空間分辨率和大視野的需求，更高分辨率的相機(jī)的出現(xiàn)還需要一段時(shí)間的發(fā)展。

一個(gè)大的成像視野中，人們感興趣的可能只是其中若干個(gè)區(qū)域，只是這些區(qū)域的水平位置跨度很大，而且很可能位于不同軸向位置上。因此，一般的相機(jī)不能獲得較為清晰的圖像。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，有必要提供一種能夠?qū)υ诓煌S向位置上的多個(gè)區(qū)域清晰成像的光學(xué)顯微成像設(shè)備及其成像方法。

一種光學(xué)顯微成像設(shè)備，包括相機(jī)光敏面和物鏡陣列，通過物鏡陣列采集的圖像在所述相機(jī)光敏面上成像；

所述物鏡陣列包括呈陣列排列的多個(gè)物鏡，所述物鏡陣列的光軸垂直于所述相機(jī)光敏面，所述多個(gè)物鏡的采集端不在同一水平面上，所述多個(gè)物鏡在光軸方向上的安裝位置可調(diào)。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述物鏡陣列的排列方式為線陣并排排列、矩陣排列或同心圓排列。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，相鄰所述物鏡的間距不超過單個(gè)所述物鏡的直徑。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，每?jī)蓚€(gè)所述物鏡所成的像在所述相機(jī)光敏面上相互重疊的面積不超過成像本身大小的20％。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述物鏡陣列與相機(jī)光敏面之間包括中繼光路。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述中繼光路包括至少一個(gè)透鏡。

一種采用上述光學(xué)顯微成像設(shè)備的成像方法，包括如下步驟：

將所述物鏡陣列的采集端置于位于不同三維空間位置的多個(gè)樣品區(qū)域的上方；

分別調(diào)節(jié)所述多個(gè)物鏡在光軸方向上的安裝位置，使所述多個(gè)物鏡采集的多個(gè)樣品區(qū)域在所述相機(jī)光敏面上的成像。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述物鏡陣列的排列方式為線陣并排排列、矩陣排列或同心圓排列。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，相鄰所述物鏡的間距不超過單個(gè)所述物鏡的直徑。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，每?jī)蓚€(gè)所述物鏡所成的像在所述相機(jī)光敏面上相互重疊的面積不超過成像本身大小的20％。

上述光學(xué)顯微成像設(shè)備和成像方法，將多個(gè)物鏡緊密排列成一個(gè)物鏡陣列，通過調(diào)節(jié)物鏡陣列的物鏡在光軸方向上的安裝位置，物鏡陣列能將分布在不同三維空間位置的多個(gè)樣品區(qū)域成像到同一個(gè)相機(jī)光敏面上，從而實(shí)現(xiàn)多個(gè)樣品區(qū)域的同時(shí)觀察。該光學(xué)顯微成像設(shè)備和成像方法能在成像空間跨度大的多個(gè)樣品區(qū)域的同時(shí)獲取高空間分辨率的樣品結(jié)構(gòu)信息。能應(yīng)用在顯微成像相關(guān)的領(lǐng)域。

附圖說明

圖1為一實(shí)施方式的光學(xué)顯微成像設(shè)備。

圖2為另一實(shí)施方式的光學(xué)顯微成像設(shè)備。

圖3為一實(shí)施方式的3乘3矩陣排列的物鏡陣列的截面示意圖。

圖4為圖3所示的3乘3矩陣排列物鏡陣列對(duì)應(yīng)的多個(gè)樣品區(qū)域。

圖5為圖3所示的3乘3矩陣排列物鏡陣列對(duì)應(yīng)的多個(gè)樣品區(qū)域的成像。

具體實(shí)施方式

為了便于理解本發(fā)明，下面將參照相關(guān)附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更全面的描述。附圖中給出了本發(fā)明的較佳實(shí)施方式。以上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。

除非另有定義，本文所使用的所有的技術(shù)和科學(xué)術(shù)語與屬于本發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員通常理解的含義相同。本文中在本發(fā)明的說明書中所使用的術(shù)語只是為了描述具體的實(shí)施方式的目的，不是旨在于限制本發(fā)明。本文所使用的術(shù)語“及/或”包括一個(gè)或多個(gè)相關(guān)的所列項(xiàng)目的任意的和所有的組合。

請(qǐng)參閱圖1，一實(shí)施方式的光學(xué)顯微成像設(shè)備100，包括物鏡陣列10和相機(jī)光敏面30，通過物鏡陣列10采集的圖像在相機(jī)光敏面30上成像。

物鏡陣列10包括呈陣列排列的多個(gè)物鏡，物鏡陣列的光軸垂直于相機(jī)光敏面30，多個(gè)物鏡的采集端不在同一水平面上，多個(gè)物鏡在光軸方向上的安裝位置可調(diào)。光軸方向如圖1中箭頭方向所示。

樣品焦平面20位于物鏡陣列10的采集端。樣品焦平面20可以分為處于不同三維空間位置的多個(gè)樣品區(qū)域。物鏡陣列10的多個(gè)物鏡對(duì)應(yīng)的多個(gè)樣品區(qū)域位于不同三維空間位置。物鏡在光軸方向上的安裝位置能根據(jù)其對(duì)應(yīng)的樣品區(qū)域的軸向位置進(jìn)行調(diào)整，使物鏡陣列10的成像位于同一個(gè)相機(jī)光敏面30上。物鏡陣列10將位于不同三維空間位置的多個(gè)樣品區(qū)域成像到同一個(gè)相機(jī)光敏面30上，從而實(shí)現(xiàn)多個(gè)樣品區(qū)域的同時(shí)觀察。

由于是只獲取多個(gè)樣品區(qū)域的信息而不是所有樣品空間的信息，因此相機(jī)光敏面30的面積足夠獲取這些樣品區(qū)域的信息，并且成像分辨率足夠高。這些樣品區(qū)域的空間跨度與相機(jī)光敏面30直徑大小相當(dāng)。

可以理解，根據(jù)樣品區(qū)域的分布特點(diǎn)，物鏡列陣10的排列方式可以為線陣并排排列、矩陣排列或同心圓排列等多類型的排列方式。此外，為保證相機(jī)光敏面30的利用率，相鄰物鏡的間距最好不超過單個(gè)物鏡的直徑。

在其中一個(gè)實(shí)施方式中，每?jī)蓚€(gè)物鏡所成的像在相機(jī)光敏面30上互不重疊。在其他實(shí)施方式中，為保證像的圖像質(zhì)量，控制物鏡的放大率使每?jī)蓚€(gè)物鏡所成的像在相機(jī)光敏面30上相互重疊的面積不超過成像本身大小的20％。

在其中一個(gè)實(shí)施方式中，物鏡列陣10中的物鏡的參數(shù)相同，此時(shí)，能夠降低制造難度。可以理解，在其他實(shí)施方式中，由于實(shí)際情況下，每個(gè)感興趣的樣品區(qū)域面積并不雷同，因此并不要求構(gòu)成物鏡列陣10的每一個(gè)物鏡參數(shù)相同，不要求每個(gè)物鏡對(duì)應(yīng)的樣品區(qū)域的面積和對(duì)應(yīng)像的面積相等。

請(qǐng)參考圖2，光學(xué)顯微成像設(shè)備的物鏡陣列與相機(jī)光敏面之間可以加入中繼光路40。用以增加樣品與相機(jī)之間的距離，或進(jìn)一步增加成像放大倍率。中繼光路40包括至少一個(gè)透鏡。具體的，圖2所示的實(shí)施例中，中激光路40包括兩個(gè)透鏡41和42。

上述光學(xué)顯微成像設(shè)備100，將多個(gè)物鏡緊密排列成一個(gè)物鏡陣列10，通過調(diào)節(jié)物鏡陣列10的物鏡在光軸方向上的安裝位置，物鏡陣列10能將分布在不同三維空間位置的多個(gè)樣品區(qū)域成像到同一個(gè)相機(jī)光敏面30上，從而實(shí)現(xiàn)多個(gè)樣品區(qū)域的同時(shí)觀察。該光學(xué)顯微成像設(shè)備100能在成像空間跨度大的多個(gè)樣品區(qū)域的同時(shí)獲取高空間分辨率的樣品結(jié)構(gòu)信息。能應(yīng)用在顯微成像相關(guān)的領(lǐng)域。

此外，還提供一種成像方法，該成像方法采用上述光學(xué)顯微成像設(shè)備100成像，包括如下步驟：

s10、將物鏡陣列的采集端置于位于不同三維空間位置的多個(gè)樣品區(qū)域的上方。

可以理解，根據(jù)樣品區(qū)域的分布特點(diǎn)，物鏡列陣10的排列方式可以為線陣并排排列、矩陣排列或同心圓排列等多類型的排列方式。此外，為保證相機(jī)光敏面30的利用率，相鄰物鏡的間距最好不超過單個(gè)物鏡的直徑。

在其中一個(gè)實(shí)施方式中，每?jī)蓚€(gè)物鏡所成的像在相機(jī)光敏面30上互不重疊。在其他實(shí)施方式中，為保證像的圖像質(zhì)量，控制物鏡的放大率使每?jī)蓚€(gè)物鏡所成的像在相機(jī)光敏面30上相互重疊的面積不超過成像本身大小的20％。

在其中一個(gè)實(shí)施方式中，物鏡列陣中的物鏡的參數(shù)相同，此時(shí)，能夠降低制造難度?？梢岳斫猓谄渌麑?shí)施方式中，由于實(shí)際情況下，每個(gè)感興趣的樣品區(qū)域面積并不雷同，因此并不要求構(gòu)成物鏡列陣的每一個(gè)物鏡參數(shù)相同，不要求每個(gè)物鏡對(duì)應(yīng)的樣品區(qū)域的面積和對(duì)應(yīng)像的面積相等。

s20、分別調(diào)節(jié)多個(gè)物鏡在光軸方向上的安裝位置，使多個(gè)物鏡采集的多個(gè)樣品區(qū)域在相機(jī)光敏面上的成像。

物鏡陣列與相機(jī)光敏面之間可以加入中繼光路。用以增加樣品與相機(jī)之間的距離，或進(jìn)一步增加成像放大倍率。中繼光路包括至少一個(gè)透鏡。

上述成像方法，通過調(diào)節(jié)物鏡陣列10的物鏡在光軸方向上的安裝位置，物鏡陣列10能將分布在不同三維空間位置的多個(gè)樣品區(qū)域成像到同一個(gè)相機(jī)光敏面30上，從而實(shí)現(xiàn)多個(gè)樣品區(qū)域的同時(shí)觀察。該方法能在成像空間跨度大的多個(gè)樣品區(qū)域的同時(shí)獲取高空間分辨率的樣品結(jié)構(gòu)信息。能應(yīng)用在顯微成像相關(guān)的領(lǐng)域。

下面為一個(gè)具體實(shí)施例。

請(qǐng)參考圖1，為本實(shí)施例提供的一種物鏡陣列，該物鏡陣列由并排的四個(gè)物鏡構(gòu)成，分別是物鏡11、物鏡12、物鏡13、物鏡14。

為保證相機(jī)光敏面的利用率，要求相鄰物鏡的間距最好不超過單個(gè)物鏡的直徑，如圖1中物鏡11的直徑為d，物鏡11與物鏡12的間距為d，最好需要滿足d>d。

樣品區(qū)域21、22、23、24分別為物鏡11、12、13、14在樣品焦平面上對(duì)應(yīng)的樣品區(qū)域。物鏡陣列將多個(gè)樣品區(qū)域放大成像于相機(jī)光敏面上，從而同時(shí)獲取多個(gè)樣品區(qū)域的結(jié)構(gòu)信息。像31、32、33、34分別是樣品區(qū)域21、22、23、24在相機(jī)光敏面上的像。

物鏡排列方法除了線陣并排排列，還包括矩陣排列、同心圓排列等多種類型排列方式。圖3提供的實(shí)施例為一種3乘3矩陣排列的物鏡陣列。

圖3中的3乘3矩陣排列的物鏡陣列由物鏡11、12、13、14、15、16、17、18、19構(gòu)成。它們每3個(gè)一排，每3個(gè)一列，構(gòu)成了一個(gè)3乘3矩陣排列的物鏡陣列。

圖4為圖3的3乘3矩陣排列物鏡陣列對(duì)應(yīng)的在樣品焦平面上的多個(gè)樣品區(qū)域。圖中樣品區(qū)域21、22、23、24、25、26、27、28、29分別為圖3中物鏡11、12、13、14、15、16、17、18、19在樣品焦平面上對(duì)應(yīng)的樣品區(qū)域，它們?cè)跇悠方蛊矫嬉渤?乘3矩陣排列。

圖5為圖3的3乘3矩陣排列物鏡陣列對(duì)應(yīng)的在相機(jī)光敏面上的多個(gè)樣品區(qū)域的像。像31、32、33、34、35、36、37、38、39分別是樣品區(qū)域21、22、23、24、25、26、27、28、29經(jīng)過物鏡陣列后成像在相機(jī)光敏面上的像，它們?cè)谙鄼C(jī)光敏面也呈3乘3矩陣排列。

圖1所示的光學(xué)顯微成像設(shè)備中，樣品區(qū)域21、22、23、24除了水平方向上的位置不同外，也可以位于不同的軸向位置，這時(shí)各個(gè)物鏡在光軸方向上的安裝位置需要根據(jù)其對(duì)應(yīng)的樣品區(qū)域的軸向位置進(jìn)行調(diào)整，使像31、32、33、34位于同一個(gè)平面上。

圖2所示的光學(xué)顯微成像設(shè)備中具有中繼光路40。與圖1相似，物鏡11、12、13、14組成物鏡陣列分別將樣品區(qū)域21、22、23、24成像為像31、32、33、34。透鏡41與透鏡42構(gòu)成了一組中繼光路，物鏡陣列的像平面位于透鏡41的焦平面上，相機(jī)光敏面位于透鏡42的焦平面上。像31、32、33、34經(jīng)過透鏡41與透鏡42進(jìn)行二次成像，二次像位于相機(jī)光敏面上，分別為像51、52、53、54。

為保證像的圖像質(zhì)量，控制物鏡的放大率使每?jī)蓚€(gè)樣品區(qū)域的像在相機(jī)光敏面上盡量不相互重疊。如果無法避免相互重疊，其相互重疊的面積最好不超過成像本身大小的20％。

圖2所示的光學(xué)顯微成像設(shè)備中，樣品區(qū)域21、22、23、24除了水平方向上的位置不同外，也可以位于不同的軸向位置，這時(shí)各個(gè)物鏡在光軸方向上的安裝位置需要根據(jù)其對(duì)應(yīng)的樣品區(qū)域的軸向位置進(jìn)行調(diào)整，使像31、32、33、34仍然位于同一個(gè)平面上，進(jìn)而二次像51、52、53、54也位于同一個(gè)相機(jī)光敏面上。

以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對(duì)本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。