[發(fā)明專利]一種相襯顯微成像裝置及方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610235648.6
• 申請(qǐng)日: 2016-04-15
• 公開（公告）號(hào): CN107300762A
• 公開（公告）日: 2017-10-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張玉珍;孔富城;左超;陳錢
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G02B21/36
• 分類號(hào): G02B21/36;G02B21/14
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專利中心32203
• 代理人: 薛云燕

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光學(xué)顯微成像技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種相襯顯微成像裝置及方法。

背景介紹

顯微鏡作為一種通用的觀察、計(jì)量?jī)x器，其應(yīng)用早就滲透到我們身邊的各行各業(yè)中，它是當(dāng)今社會(huì)的“物化法官”，又是一把“探索微觀世界的鑰匙”。隨著人類觀察物質(zhì)世界向著微米、納米尺度邁進(jìn)，對(duì)微小物體三維觀測(cè)的需要推動(dòng)著立體顯微成像技術(shù)的發(fā)展。相襯成像、偏光成像是比較常見的兩種顯微成像方法，其對(duì)應(yīng)的顯微鏡分別稱為相襯顯微鏡與偏光顯微鏡。相襯顯微鏡又稱為相差顯微鏡，其是荷蘭科學(xué)家Zernike于1935年發(fā)明的(盛富根.微分干涉相襯顯微鏡的原理分析(矢量法)[J].光學(xué)儀器,1986,(5).)，用于觀察未染色標(biāo)本的顯微鏡。相襯顯微鏡利用物體不同結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)變?yōu)檎穹?光強(qiáng)度)的差別，經(jīng)過帶有環(huán)狀光闌的聚光鏡和帶有相位片的相差物鏡實(shí)現(xiàn)觀測(cè)的顯微鏡。主要用于觀察活細(xì)胞或不染色的組織切片，有時(shí)也可用于觀察缺少反差的染色樣品。

雖然傳統(tǒng)相襯顯微鏡具備傳統(tǒng)明場(chǎng)顯微鏡所不具備的功能，但是這需要顯微光路中附加一些光學(xué)元件，如：環(huán)狀光闌、偏振片等等，這就無形中增加了光路調(diào)節(jié)的復(fù)雜度。特別是相差顯微鏡中的環(huán)狀光闌尺寸需要與每個(gè)物鏡單獨(dú)匹配，如果系統(tǒng)中有4個(gè)不同倍率的物鏡，則需要分別配備四種不同尺寸的環(huán)狀光闌與之相配。顯然，這使得聚光鏡的結(jié)構(gòu)變得日益復(fù)雜，元件數(shù)目越來越多，成本也隨之越來越高。這種復(fù)雜的聚光鏡結(jié)構(gòu)一般需要熟練的顯微鏡工作者進(jìn)行操作，并需要針對(duì)標(biāo)本的差異和物鏡的不同進(jìn)行實(shí)踐、校正(劉金,解玉蘭.柯拉照明在顯微鏡調(diào)節(jié)中的應(yīng)用[J].實(shí)驗(yàn)室科學(xué),2006,(2):117-118.)，存在操作復(fù)雜，工序繁瑣的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、成像效果好的相襯顯微成像裝置及方法，能夠?qū)悠穼?shí)現(xiàn)相襯顯微觀看。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：一種相襯顯微成像裝置，包括LED陣列、樣品載物臺(tái)、顯微物鏡、鏡筒透鏡、相機(jī)和計(jì)算機(jī)；其中LED陣列、樣品載物臺(tái)、顯微物鏡、鏡筒透鏡、相機(jī)從下至上依次設(shè)置，且LED陣列的中心位于顯微物鏡、鏡筒透鏡的中心軸線上；LED陣列和相機(jī)均與計(jì)算機(jī)連接；

將待成像的樣品置于樣品載物臺(tái)，計(jì)算機(jī)向LED陣列發(fā)送控制信號(hào)，使LED陣列產(chǎn)生所需要的照明圖案，該照明光透過樣品載物臺(tái)被顯微物鏡收集，顯微物鏡將收集的照明光進(jìn)行放大后入射至鏡筒透鏡，計(jì)算機(jī)驅(qū)動(dòng)相機(jī)對(duì)穿過鏡筒透鏡的樣品圖像進(jìn)行采樣，相機(jī)將采集的樣品圖像經(jīng)過數(shù)據(jù)線輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)行顯示，觀察者對(duì)計(jì)算機(jī)顯示的樣品圖像進(jìn)行相襯顯微觀看。

優(yōu)選地，所述LED陣列的尺寸為320mm×320mm，提供單色圖案照明或多色圖案同時(shí)照明。

優(yōu)選地，所述LED陣列距離樣品載物臺(tái)上表面的垂直距離為90mm。

優(yōu)選地，所述相機(jī)的CCD鏡頭位于透鏡的后焦面上。

一種基于所述相襯顯微成像裝置的顯微成像方法，步驟如下：

步驟1，將顯微物鏡切換到十倍倍率的相襯顯微物鏡；

步驟2，對(duì)LED陣列的位置進(jìn)行標(biāo)記，使LED陣列環(huán)形區(qū)域的像素點(diǎn)區(qū)域透光，該環(huán)形區(qū)域與相襯顯微物鏡的后焦面環(huán)狀相位板區(qū)域相吻合；

步驟3，將待成像的樣品置于樣品載物臺(tái)，計(jì)算機(jī)向LED陣列發(fā)送控制信號(hào)，使LED陣列產(chǎn)生所需要的照明圖案，該照明光透過樣品載物臺(tái)被顯微物鏡收集；

步驟4，顯微物鏡將收集的照明光進(jìn)行放大后入射至鏡筒透鏡，計(jì)算機(jī)驅(qū)動(dòng)相機(jī)對(duì)穿過鏡筒透鏡的樣品圖像進(jìn)行采樣，相機(jī)將采集的樣品圖像經(jīng)過數(shù)據(jù)線輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)行顯示，觀察者對(duì)計(jì)算機(jī)顯示的樣品圖像進(jìn)行相襯顯微觀看即可得到相襯顯微成像結(jié)果。

進(jìn)一步地，步驟2所述對(duì)LED陣列的位置進(jìn)行標(biāo)記，具體如下：

(1)首先建立坐標(biāo)系xoy，坐標(biāo)原點(diǎn)o位于LED陣列中央；

(2)對(duì)于任意一個(gè)像素點(diǎn)P，其位置坐標(biāo)為(P_x,P_y)，定義像素點(diǎn)P所對(duì)應(yīng)的照明數(shù)值孔徑NA_i為：

其中，f代表顯微物鏡的聚光鏡焦距，θ_i為像素點(diǎn)P所發(fā)出的光照射樣品的角度；

(3)每個(gè)像素點(diǎn)P的照明數(shù)值孔徑NA_i決定了P所發(fā)出的光照射樣品的角度：

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)在于：(1)不需要附額外的光學(xué)元件如環(huán)形光闌和微透鏡陣列，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低；(2)成像效果好，能夠?qū)悠穼?shí)現(xiàn)相襯顯微觀看。

附圖說明