[發明專利]基于LCD液晶面板的可編程孔徑顯微鏡系統及其多模式成像方法

在審

• 申請號: 201510631958.5
• 申請日: 2015-09-29
• 公開（公告）號: CN105403988A
• 公開（公告）日: 2016-03-16
• 發明（設計）人: 左超;陳錢;孫佳嵩;馮世杰;顧國華;張玉珍;胡巖;陶天陽;李加基;張良;張佳琳;孔富城;張敏亮;范瑤;林飛
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G02B21/06
• 分類號: G02B21/06;G02F1/13
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 唐代盛

技術領域

本發明屬于光學顯微成像技術，特別是一種基于LCD液晶面板的可編程孔徑顯微鏡系統及其多模式成像方法。

背景技術

明場成像和暗場成像是最常用的兩種顯微成像方法，兩者的區別在于：照明方式不同。如果只允許透射光束通過物鏡光闌成像，稱其為明場像；如果只允許衍射光束通過物鏡光闌成像，則稱為暗場像。所以明場是讓照明孔徑在物鏡數值孔徑以內，視場是明亮的；而暗場是則是讓照明孔徑在物鏡數值孔徑以外，而不讓照明光束通過物鏡光闌成像，但是標本中的結構能夠衍射光線，這些衍射光有一部分通過物鏡光闌成像，所以在黑暗的背景上能夠看到表現標本中細微結構的亮點和亮線(于捷年.暗場顯微鏡成像原理初探[J].中國刑警學院學報,1999,(1):38-40.)。

還有一種常見的成像方式是相差顯微成像。1935年荷蘭科學家Zernike利用相差顯微成像技術發明了相差顯微鏡，并將其用于觀察未染色標本(盛富根.微分干涉相襯顯微鏡的原理分析(矢量法)[J].光學儀器,1986,(5).)。活細胞和未染色的生物標本，因細胞各部細微結構的折射率和厚度的不同，光波通過時，波長和振幅并不發生變化，僅相位發生變化，這種相位差人眼無法觀察。而相差顯微鏡利用物體不同結構成分之間的折射率和厚度的差別，把通過物體不同部分的光程差轉變為振幅(光強度)的差別，經過帶有環狀光闌的聚光鏡和帶有相位片的相差物鏡實現觀測。該顯微鏡主要用于觀察活細胞或不染色的組織切片，有時也可用于觀察缺少反差的染色樣品。光線透過標本后發生折射，偏離了原來的光路，同時被延遲了1/4λ(波長)，如果再增加或減少1/4λ，則光程差變為1/2λ，兩束光合軸后干涉加強，振幅增大或減下，提高反差。在構造上，相差顯微鏡有不同于普通光學顯微鏡3個特殊之處：1.環形光闌(annulardiaphragm)位于光源與聚光器之間，作用是使透過聚光器的光線形成空心光錐，焦聚到標本上；2.相位板(phaseplate)在物鏡中加了涂有氟化鎂的相位板，可將直射光或衍射光的相位推遲1/4λ；3.合軸調節望遠鏡：用于調節環狀光闌的像與相板共軛面完全吻合。

類似于相差顯微成像的成像效果，差分相襯成像也是一種常見的顯微成像方法，使用該方法可使樣品的細微結構呈現出正或負的投影形象，通常是一側亮，而另一側暗，類似大理石上的浮雕，這樣便人為地造成了樣品的三維立體感。

通常來說，現代顯微鏡系統往往伴隨有多種顯微成像模式，如明場成像、暗場成像和相襯成像等等，這些成像方式需要顯微鏡的光源提供更加靈活多變的控制。從而，現有的高端顯微鏡的聚光鏡都做成了塔式結構，里面需增設很多的可調附件，如：暗場環遮光板、相襯環遮光板等等。特別是暗場環遮光板與相襯環遮光板，這些元件都需要與每個物鏡單獨匹配，如果系統中有4個不同倍率的物鏡，則需要分別配備四種不同尺寸的遮光板與之相配。顯然，這使得顯微鏡的結構變得日益復雜，元件數目越來越多，成本也隨之越來越高。這種復雜的聚光鏡結構一般需要熟練的顯微鏡工作者進行操作，并需要針對標本的差異和物鏡的不同進行實踐、校正(劉金,解玉蘭.柯拉照明在顯微鏡調節中的應用[J].實驗室科學,2006,(2):117-118.)。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于LCD液晶面板的可編程孔徑顯微鏡系統及其多模式成像方法，利用LCD液晶面板實現空間光調制器的功能，從而實現顯微鏡系統孔徑平面光強分布的靈活可控，并實現明場、暗場、差分相襯成像三種成像模式。

實現本發明目的的技術解決方案為：一種基于LCD液晶面板的可編程孔徑顯微鏡系統，包括顯微成像系統和LCD液晶面板的4f系統，該LCD液晶面板的4f系統包括第一透鏡L₁、第二透鏡L₂、LCD液晶面板以及單色CCD相機，第一透鏡L₁、第二透鏡L₂的焦距f＝f₁＝f₂，第一透鏡L₁和第二透鏡L₂構成一個標準的4f成像系統，即第一透鏡L₁到顯微鏡圖像平面的端口的距離為f1，第二透鏡L₂到CCD相機成像平面的端口的距離為f2，兩透鏡之間的距離是f1+f2；LCD液晶面板放置于4f系統的傅里葉平面，即第一透鏡L₁和第二透鏡L₂之間，距離第一透鏡L₁的距離為f1，距離第二透鏡L₂的距離為f2。