[發明專利]基于微透鏡陣列的高分辨并行顯微成像儀

在審

• 申請號: 201710266273.4
• 申請日: 2017-04-21
• 公開（公告）號: CN106908942A
• 公開（公告）日: 2017-06-30
• 發明（設計）人: 唐玉國;肖昀;張運海
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘇州生物醫學工程技術研究所
• 主分類號: G02B21/00
• 分類號: G02B21/00;G02B21/36
• 代理公司: 深圳市科進知識產權代理事務所(普通合伙)44316
• 代理人: 趙勍毅

技術領域

本發明涉及顯微檢測儀器設計及制造領域，尤其是涉及一種基于微透鏡陣列的高分辨并行顯微成像儀。

背景技術

點掃描共聚焦顯微鏡已經廣泛應用于生物醫學等研究領域，是必不可少的科研工具。目前商業點掃描共聚焦顯微鏡大都采用振鏡進行單點掃描成像，但是其單點掃描的成像速度限制了點掃描共聚焦顯微鏡在活細胞等領域中進一步地推廣應用。

近年來，有很多技術被提出，用于提高點掃描共聚焦顯微鏡的成像速度。但是，這些技術常常以犧牲分辨率等其他性能來改善成像速度，仍不能在保證分辨率前提下很好地解決點掃描共聚焦顯微鏡的成像速度慢這一問題。

發明內容

本發明的目的是：

提供一種分辨率高且呈現速度快的基于微透鏡陣列的高分辨并行顯微成像儀。

為實現上述目的，本發明采用下述技術方案：

一種基于微透鏡陣列的高分辨并行顯微成像儀，包括照明模塊、掃描模塊、探測模塊、控制模塊及圖像重建模塊，其中：

所述照明模塊包括激光器、第一透鏡、第二透鏡、微透鏡陣列及第三透鏡，所述微透鏡陣列由若干微透鏡組成，所述激光器出射的激光光束經所述第一透鏡和第二透鏡準直擴束后形成擴束光束，所述擴束光束再入射到所述微透鏡陣列后形成多個陣列聚焦光斑，所述多個陣列聚焦光斑發出的光束再經所述第三透鏡準直后形成多束平行光束；

所述掃描模塊包括二色鏡、物鏡及納米位移臺，所述納米位移臺可在XYZ三維方向移動，所述納米位移臺上承載有待檢測樣品，所述多束平行光束經所述二色鏡后入射進入所述物鏡，并在所述物鏡的前焦面處發生干涉，形成具有光斑的干涉陣列光場，所述具有光斑的干涉陣列光場對所述樣品進行并行照明，使得所述樣品產生并行光信號；

所述探測模塊包括帶通濾色片、探測透鏡以及面陣探測器，所述并行光信號經所述物鏡及所述二色鏡后再依次進入所述帶通濾色片、探測透鏡以及面陣探測器，并在所述面陣探測器的感光面形成陣列光斑，所述面陣探測器探測所述陣列光斑，并對所述陣列光斑進行空間濾波及對所述陣列光斑的像素進行再分配處理，以形成較小的陣列光斑，并將所述較小的陣列光斑轉化為電信號；

所述控制模塊電性連接于所述面陣探測器和所述納米位移臺，所述控制模塊用于采集所述電信號；

所述圖像重建模塊電性連接于所述控制模塊，所述圖像重建模塊根據所述控制模塊采集所述探測器與所述納米位移臺的所述電信號實現基于干涉陣列光場的高分辨率并行掃描成像圖像重建。

在其中一些實施例中，所述擴束光束中的一束入射光束經所述微透鏡陣列后形成陣列聚焦光斑，所述陣列聚焦光斑的數量與所述微透鏡陣列中微透鏡的數量相同。

在其中一些實施例中，所述面陣探測器為CCD或CMOS相機中的一種。

本發明采用上述技術方案的優點是：

本發明提供的基于微透鏡陣列的高分辨并行顯微成像儀，對照明模塊進行設計以利用微透鏡陣列生成包含大量光斑的陣列光場，從而實現了樣品的并行照明，提高掃描成像速度；同時，本發明提供的基于微透鏡陣列的高分辨并行顯微成像儀，采用面陣探測器接收陣列光斑，并對陣列光斑中的每個光斑進行像素再分配處理，實現高分辨、高信噪比的并行顯微成像。

本發明提供的基于微透鏡陣列的高分辨并行顯微成像儀，利用微透鏡陣列形成的陣列光場和像素再分配技術，可以提高點掃描顯微技術的成像速度和分辨率，同時還能保證圖像具有較高的信噪比，提高了圖像質量，有利于點掃描顯微技術在亞細胞結構觀察、細胞動態過程觀察等研究方面的應用，有益于生物醫學領域的發展。

附圖說明

圖1為本發明實施例提供的基于微透鏡陣列的高分辨并行顯微成像儀結構示意圖。

圖2(a)為樣品處的照明陣列光斑的結構示意圖；

圖2(b)為面陣探測器上的探測陣列光斑的結構示意圖；

圖2(c)為單個陣列光斑及1AU虛擬針孔區域的結構示意圖；

圖2(d)為1AU虛擬針孔對應的像素區域的結構示意圖；

圖2(e)為經過像素再分配后的新光斑及新虛擬針孔的結構示意圖；

圖2(f)為經過像素再分配后的新虛擬針孔對應的像素區域的結構示意圖；

圖2(g)為經過像素再分配后的新陣列光斑的結構示意圖；

圖3為樣品沿Y方向移動前(實心)和移動后(虛線)樣本上陣列光斑的相對位置，光斑間距為d，移動步距d_s的結構示意圖。