一種高分辨率便攜式顯微鏡系統及其測量方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于生物醫學診斷和海洋環境監測領域，設及一種應用于微生物、致病菌 及海洋環境相關參量的測量系統及測量方法，具體地說是一種便攜式的高分辨率顯微鏡系 統和測量方法。
【背景技術】
[0002] 顯微鏡是生物醫學診斷和海洋環境監測中最常用、最高效的檢測儀器。然而由于 其較為龐大的尺寸W及高昂的造價，顯微鏡的應用領域和使用環境一直受局限。在生物醫 學領域，尤其在偏遠山區和不發達地區，常見的疾病檢測，如導致人腹瀉的水生寄生蟲、大 腸桿菌，導致血液疾病的血絲蟲，W及蚊蟲叮咬所造成的追疾等，由于醫療條件所限，運些 疾病的檢測成為一個令人困擾的問題，導致運些疾病的發病率逐年攀升，且病死率也居高 不下;在海洋環境監測領域，存在著海洋環境微生物，溢油及檢測效率較低，成本高昂的問 題，需遠程采集樣本后再帶回實驗室才能檢測的弊端，遠洋科考有著實際的檢測需求等。運 些實際問題促使醫學界尋找更適用于運些監測環境的低成本、便攜式且高分辨率的檢測儀 器。目前為止還沒有比較權威的產品出現，國外對運類便攜式顯微鏡的研究仍處于實驗室 研究階段，而在國內，對本領域的研究還處于初始階段，各方面都還有很大的提升空間。
[0003] 根據運類檢測需求，國外目前采用的檢測方式主要分無透鏡式顯微鏡和有透鏡式 顯微鏡兩類。國外研究團隊研制的基于普通光學顯微鏡平臺手機顯微鏡結構大多實現了便 攜、圖像遠程無線傳輸等功能，然而在提高分辨率、大視場等方面仍然存在一定缺陷。
【發明內容】
[0004] 本發明針對上述顯微鏡存在的不足，提供一種結構簡單，分辨率高，觀測視場大， 可實現觀測圖像無線傳輸的高分辨率便攜式顯微鏡系統，包括調焦螺旋式套筒、透鏡組和 錐形光纖探頭模塊，CMOS成像模塊W及個人電腦;對樣本進行前期處理準備后，放置于錐形 光纖陣列入射面，上下旋轉螺旋式套筒進行調焦，觀察電腦端圖像顯示界面，待圖像清晰后 停止調節調焦套筒。
[0005] 本發明包括兩個部分：1、一種適用于安裝在手機攝像頭端的成像裝置，該裝置包 括可拆卸的光學模塊與手機兩部分，其中可拆卸的光學模塊由外殼和光學組件組成，外殼 由調焦螺旋式套筒，紐扣電池盒，光錐調焦螺栓組成，光學組件由輔助Lm)光源，進行光學禪 合的第一級圖像放大光傳輸器件和用于二次圖像放大的光傳輸器件，錐形光纖陣列（簡稱 光錐)組成；
[0006] 2、一種基于手機設備的圖像增強與處理系統。其包括除用于圖像獲取的手機顯微 鏡系統中的所述部件外，還包括在手機設備上執行的編程W用于對所述部件獲得的圖像進 行增強操作。
[0007] 有益效果：
[000引1、本發明的系統及方法可W操作簡單的方式用于生物醫學領域人體致病菌診斷、 海洋環境微生物及溢油檢測，對于普通粉末類樣本及海水樣本可w直接放置于錐形光纖陣 列入射面進行測試，不需要特殊處理，操作簡單，不需要專業化操作，可W輸出高分辨率圖 像。從實驗測試結果上看，分辨率可W達到亞微米級，便攜化，簡單的操作使用體驗，決定了 其廣闊的使用前景和價值。
[0009] 2、本發明體積較小，可W基本達到普通光學顯微鏡平臺的放大作用及功能，然而 體積只有其四分之一，根據光錐放大倍數的不同，可W通過調節光學透鏡組放大倍數與光 錐的參數，實現幾百倍左右的放大倍數。可W與智能手機組成手機顯微鏡系統，也可直接結 合普通光學顯微鏡目鏡進行實驗檢測，。
【附圖說明】
[0010] 圖1示出了本發明的系統結構圖。
[0011] 圖2示出了圖像增強步驟的流程圖。
[0012] 圖示；
[0013]圖1中
[0014] A、手機成像端B、可拆卸的成像裝置
[0015] M、第一級光傳輸器件N、第二級光傳輸器件0、第Ξ級光傳輸器件
[0016] 1.智能手機、2.上級調焦套筒、3.微調螺栓、4.物鏡套筒、5.光錐、6.樣本、7.聚光 透鏡、8.聚光透鏡、9丄邸、10.紐扣電池、11.濾光片、12.下級調焦套筒、13.手機攝像頭、14. 光錐調節螺栓
[0017]圖2中
[0018] A、手機客戶端界面B、服務器端執行的操作
【具體實施方式】
[0019] 圖1示出了用于本發明的一種便攜式的高分辨率手機顯微鏡系統透視圖，其中，手 機設備為諾基亞Lumial020，而用于成像裝置的手機設備可W是任意類型的自帶攝像頭模 塊智能手機設備。圖B部分為手機固定模塊，使用可伸縮支架，用于固定具有攝像頭模塊的 智能手機，圖A部分為可拆卸的成像裝置，用于對檢測樣本進行初級放大及圖像校正。
[0020] 圖1中Μ模塊示出了用于圖像增強成像的第一級傳輸器件，該級光傳輸器件中外置 L抓光源9、聚光透鏡8、濾光片11、聚光透鏡7串聯且同軸堆疊于第一級調焦套筒12內壁，提 供系統光源，并獲得可覆蓋至視場范圍的均勻光照，W及將光線更好的聚焦在樣本表面，其 中LED光源可W根據不同需要選定不同波段進行使用，此處由四枚常規、廉價的白色Lm)燈 泡組成，發光二極管兩兩之間與中屯、點呈90度均勻分布在物鏡鏡頭周圍。L抓光源采用2節 1.5V紐扣電池串聯供電，紐扣電池盒位于套筒外壁。
[0021] 圖1中飾莫塊示出了用于光線禪合和放大作用的第二級光傳輸器件，其中，由聚光 透鏡7與光錐入射面的樣本放置位置附接，在使用前會調節聚光透鏡7與樣本距離，直至光 線被更好的聚焦于樣本中屯、。樣本被放置于光錐入射面6的位置，通過調整光錐調節螺栓14 W對樣本進行全面的觀察。
[0022] 光錐模塊，可W利用其具有的較高能量禪合效率的優勢將可見光圖像高效的傳輸 到光學顯微鏡透鏡組內，且本身光錐具有10倍W內的放大作用。直接將制備好的樣本(生物 醫學或者海洋環境微生物樣本)放置于入射端，在出射端可得到放大的圖像。
[0023] 圖1中0模塊示出了用于圖像放大作用的第Ξ級光傳輸器件，其中采用的物鏡為消 色差物鏡(X20)，上級調焦套筒可W調節手機攝像頭與物鏡之間的距離，此處也可W選擇手 機攝像頭--目鏡--物鏡的成像模式，在選用合適的目鏡會進一步增大放大倍率。而此處考 慮到控制顯微鏡套筒的長度并未使用目鏡作為成像的部件。
[0024] 本發明中的螺旋式調焦套筒采用侶合金結構，分為兩部分，可W用于調節：1、物鏡 與手機攝像