本發(fā)明屬于顯微成像技術領域，尤其涉及一種光學顯微成像設備及其成像方法。

背景技術：

光學顯微成像技術的兩大發(fā)展趨勢是：一、高的空間分辨率，即能獲取清晰的樣品細節(jié)信息；二、大的成像視野，即能同時看到一個面積大的樣品空間內多個或全部的區(qū)域。

高的空間分辨率需要物鏡具有高的數(shù)字孔徑來保證光學分辨率，同時需要探測陣列(相機光敏面)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陣列(相機光敏面)的面積足夠大。最直觀的方法就是一個分辨率非常高(像元數(shù)量非常多)的探測陣列(相機)。

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

一個大的成像視野中，人們感興趣的可能只是其中若干個區(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，一般的相機不能獲得較為清晰的圖像。

技術實現(xiàn)要素：

有鑒于此，有必要提供一種能夠對在不同軸向位置上的多個區(qū)域清晰成像的光學顯微成像設備及其成像方法。

一種光學顯微成像設備，包括相機光敏面和物鏡陣列，通過物鏡陣列采集的圖像在所述相機光敏面上成像；

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

在其中一個實施例中，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。

在其中一個實施例中，相鄰所述物鏡的間距不超過單個所述物鏡的直徑。

在其中一個實施例中，每兩個所述物鏡所成的像在所述相機光敏面上相互重疊的面積不超過成像本身大小的20％。

在其中一個實施例中，所述物鏡陣列與相機光敏面之間包括中繼光路。

在其中一個實施例中，所述中繼光路包括至少一個透鏡。

一種采用上述光學顯微成像設備的成像方法，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樣品區(qū)域的上方；

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

在其中一個實施例中，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。

在其中一個實施例中，相鄰所述物鏡的間距不超過單個所述物鏡的直徑。

在其中一個實施例中，每兩個所述物鏡所成的像在所述相機光敏面上相互重疊的面積不超過成像本身大小的20％。

上述光學顯微成像設備和成像方法，將多個物鏡緊密排列成一個物鏡陣列，通過調節(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樣品區(qū)域成像到同一個相機光敏面上，從而實現(xiàn)多個樣品區(qū)域的同時觀察。該光學顯微成像設備和成像方法能在成像空間跨度大的多個樣品區(qū)域的同時獲取高空間分辨率的樣品結構信息。能應用在顯微成像相關的領域。

附圖說明

圖1為一實施方式的光學顯微成像設備。

圖2為另一實施方式的光學顯微成像設備。

圖3為一實施方式的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應的多個樣品區(qū)域。

圖5為圖3所示的3乘3矩陣排列物鏡陣列對應的多個樣品區(qū)域的成像。

具體實施方式

為了便于理解本發(fā)明，下面將參照相關附圖對本發(fā)明進行更全面的描述。附圖中給出了本發(fā)明的較佳實施方式。以上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內容所作的等效結構或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關的技術領域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護范圍內。

除非另有定義，本文所使用的所有的技術和科學術語與屬于本發(fā)明的技術領域的技術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語只是為了描述具體的實施方式的目的，不是旨在于限制本發(fā)明。本文所使用的術語“及/或”包括一個或多個相關的所列項目的任意的和所有的組合。

請參閱圖1，一實施方式的光學顯微成像設備100，包括物鏡陣列10和相機光敏面30，通過物鏡陣列10采集的圖像在相機光敏面30上成像。

物鏡陣列10包括呈陣列排列的多個物鏡，物鏡陣列的光軸垂直于相機光敏面30，多個物鏡的采集端不在同一水平面上，多個物鏡在光軸方向上的安裝位置可調。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樣品區(qū)域。物鏡陣列10的多個物鏡對應的多個樣品區(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)其對應的樣品區(qū)域的軸向位置進行調整，使物鏡陣列10的成像位于同一個相機光敏面30上。物鏡陣列10將位于不同三維空間位置的多個樣品區(qū)域成像到同一個相機光敏面30上，從而實現(xiàn)多個樣品區(qū)域的同時觀察。

由于是只獲取多個樣品區(qū)域的信息而不是所有樣品空間的信息，因此相機光敏面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光敏面30直徑大小相當。

可以理解，根據(jù)樣品區(qū)域的分布特點，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，為保證相機光敏面30的利用率，相鄰物鏡的間距最好不超過單個物鏡的直徑。

在其中一個實施方式中，每兩個物鏡所成的像在相機光敏面30上互不重疊。在其他實施方式中，為保證像的圖像質量，控制物鏡的放大率使每兩個物鏡所成的像在相機光敏面30上相互重疊的面積不超過成像本身大小的20％。

在其中一個實施方式中，物鏡列陣10中的物鏡的參數(shù)相同，此時，能夠降低制造難度?？梢岳斫猓谄渌麑嵤┓绞街?，由于實際情況下，每個感興趣的樣品區(qū)域面積并不雷同，因此并不要求構成物鏡列陣10的每一個物鏡參數(shù)相同，不要求每個物鏡對應的樣品區(qū)域的面積和對應像的面積相等。

請參考圖2，光學顯微成像設備的物鏡陣列與相機光敏面之間可以加入中繼光路40。用以增加樣品與相機之間的距離，或進一步增加成像放大倍率。中繼光路40包括至少一個透鏡。具體的，圖2所示的實施例中，中激光路40包括兩個透鏡41和42。

上述光學顯微成像設備100，將多個物鏡緊密排列成一個物鏡陣列10，通過調節(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樣品區(qū)域成像到同一個相機光敏面30上，從而實現(xiàn)多個樣品區(qū)域的同時觀察。該光學顯微成像設備100能在成像空間跨度大的多個樣品區(qū)域的同時獲取高空間分辨率的樣品結構信息。能應用在顯微成像相關的領域。

此外，還提供一種成像方法，該成像方法采用上述光學顯微成像設備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，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，為保證相機光敏面30的利用率，相鄰物鏡的間距最好不超過單個物鏡的直徑。

在其中一個實施方式中，每兩個物鏡所成的像在相機光敏面30上互不重疊。在其他實施方式中，為保證像的圖像質量，控制物鏡的放大率使每兩個物鏡所成的像在相機光敏面30上相互重疊的面積不超過成像本身大小的20％。

在其中一個實施方式中，物鏡列陣中的物鏡的參數(shù)相同，此時，能夠降低制造難度。可以理解，在其他實施方式中，由于實際情況下，每個感興趣的樣品區(qū)域面積并不雷同，因此并不要求構成物鏡列陣的每一個物鏡參數(shù)相同，不要求每個物鏡對應的樣品區(qū)域的面積和對應像的面積相等。

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

物鏡陣列與相機光敏面之間可以加入中繼光路。用以增加樣品與相機之間的距離，或進一步增加成像放大倍率。中繼光路包括至少一個透鏡。

上述成像方法，通過調節(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樣品區(qū)域成像到同一個相機光敏面30上，從而實現(xiàn)多個樣品區(qū)域的同時觀察。該方法能在成像空間跨度大的多個樣品區(qū)域的同時獲取高空間分辨率的樣品結構信息。能應用在顯微成像相關的領域。

下面為一個具體實施例。

請參考圖1，為本實施例提供的一種物鏡陣列，該物鏡陣列由并排的四個物鏡構成，分別是物鏡11、物鏡12、物鏡13、物鏡14。

為保證相機光敏面的利用率，要求相鄰物鏡的間距最好不超過單個物鏡的直徑，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在樣品焦平面上對應的樣品區(qū)域。物鏡陣列將多個樣品區(qū)域放大成像于相機光敏面上，從而同時獲取多個樣品區(qū)域的結構信息。像31、32、33、34分別是樣品區(qū)域21、22、23、24在相機光敏面上的像。

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構成。它們每3個一排，每3個一列，構成了一個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應的在樣品焦平面上的多個樣品區(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在樣品焦平面上對應的樣品區(qū)域，它們在樣品焦平面也呈3乘3矩陣排列。

圖5為圖3的3乘3矩陣排列物鏡陣列對應的在相機光敏面上的多個樣品區(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經過物鏡陣列后成像在相機光敏面上的像，它們在相機光敏面也呈3乘3矩陣排列。

圖1所示的光學顯微成像設備中，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，這時各個物鏡在光軸方向上的安裝位置需要根據(jù)其對應的樣品區(qū)域的軸向位置進行調整，使像31、32、33、34位于同一個平面上。

圖2所示的光學顯微成像設備中具有中繼光路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，相機光敏面位于透鏡42的焦平面上。像31、32、33、34經過透鏡41與透鏡42進行二次成像，二次像位于相機光敏面上，分別為像51、52、53、54。

為保證像的圖像質量，控制物鏡的放大率使每兩個樣品區(qū)域的像在相機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所示的光學顯微成像設備中，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，這時各個物鏡在光軸方向上的安裝位置需要根據(jù)其對應的樣品區(qū)域的軸向位置進行調整，使像31、32、33、34仍然位于同一個平面上，進而二次像51、52、53、54也位于同一個相機光敏面上。

以上所述實施例僅表達了本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。因此，本發(fā)明專利的保護范圍應以所附權利要求為準。