[發明專利]一種單筒光場顯微鏡

在審

• 申請號: 201710388793.2
• 申請日: 2017-05-27
• 公開（公告）號: CN107219620A
• 公開（公告）日: 2017-09-29
• 發明（設計）人: 楊帆;嚴偉;田鵬;李凡星;彭伏平;周毅;鄧欽元;鄧茜
• 申請（專利權）人: 中國科學院光電技術研究所
• 主分類號: G02B21/36
• 分類號: G02B21/36;G02B21/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及光學電子顯微鏡的技術領域，具體涉及一種單筒光場顯微鏡，用于對標本多視角成像以及三維成像。

背景技術

目前電子顯微鏡已經普遍應用于市場中，但是顯微鏡倍數越高，景深越小，對于觀察一些空間結構明顯或者微生物需要不斷的調焦，每次調焦也只能得到標本局部清晰像。并且市場對顯微三維成像需求也越來越大。本發明不僅能夠解決顯微鏡景深問題，還能通過一次曝光反演出標本三維像。

發明內容

本發明在目前電子顯微鏡發展基礎上，提出一種單筒光場顯微鏡，有效解決了顯微鏡景深與放大率的矛盾，通過一次曝光記錄光場信息，反演出多視角圖和三維像，對比現有電子顯微鏡體現出較明顯的優勢。

為達到上述目的，可以采取以下技術方案予以實現：一種單筒光場顯微鏡，包括一采用了復消色差遠場校正長工作距物鏡，所述物鏡配套聚焦鏡采用焦距等于200mm的聚焦轉接鏡、一由CMOS成像器件和微透鏡陣列耦合形成的光場傳感器、一顯微鏡支架。

其中，所述顯微鏡配置有一環形均勻背光源、一環形LED白光源，背光源表面即作為載物臺。

其中，所述顯微鏡孔徑光闌設置在聚焦鏡的上方，孔徑光闌上方上180mm加長管，聚焦轉接鏡和孔徑光闌各提供10mm后工作距。

其中，CMOS成像器件靶面在微透鏡陣列的焦平面上，并且使得D/F<＝d/f，其目的在于使子口徑圖像不重疊并充分利用CMOS成像器件，其中D為出瞳直徑，F為聚焦焦距，d為微透鏡陣列子口徑，f為微透鏡陣列焦距。

其中，顯微鏡支架包括一底座、一滑桿、一滑塊、一鎖緊支撐體、一連接裝置，其中滑塊通過自身螺釘鎖緊和鎖緊支撐體固定在滑桿上，鎖緊支撐體通過螺釘鎖緊固定在滑桿上，其中連接裝置固定口徑與聚焦轉接鏡參數匹配，通過螺釘鎖緊固定整個光學鏡筒，其中滑塊和連接裝置之間采用齒輪齒條傳動，通過旋轉旋鈕調整工作距。

本發明的原理在于：系統采用復消色差遠場校正物鏡和聚焦鏡組成的顯微系統，在系統一次像面處插入微透鏡陣列與CMOS成像器件耦合形成光場傳感器，在聚焦鏡上面插入孔徑光闌，在各項參數匹配情況下，通過上位機控制CMOS器件，單次曝光獲得光場信息。通過重聚焦算法可以獲得不同物距處的像，反演得到多視角和三維像。

本發明與現有技術相比的優點在于：

(1)、本發明充分利用了微透鏡陣列的特性，利用2維傳感器記錄4維光場信息，解決了顯微鏡景深問題，不需要機械細調焦獲得某一物平面像。

(2)、本發明采用的單筒顯微鏡設計，結構簡單，應用場合靈活。

(3)、本發明采集到的4維光場信息，反演能夠得到目標三維像。

附圖說明

圖1為本發明一種單筒光場顯微鏡原理圖；

圖2為本發明耦合光場傳感器；

圖3為本發明中圖像處理流程圖。

圖中附圖標記含義為：1為滑桿，2為滑塊，3為旋鈕，4為鎖緊支撐體，5為CMOS成像器件，6為微透鏡陣列，7為加長管，8為孔徑光闌，9為聚焦轉換鏡，10為連接裝置，11為環形LED白光源，12為物鏡，13為背光源，14為底座，15為CMOS保護窗，16為CMOS靶面。

具體實施方式

為了更好地理解本發明的技術方案，以下結合附圖做進一步的詳細描述。

如圖1所示，本發明一種單筒光場顯微鏡，包括滑桿1，滑塊2，旋鈕3，鎖緊支撐體4，CMOS成像器件5，微透鏡陣列6，加長管7，孔徑光闌8，聚焦轉換鏡9，連接裝置10，環形LED白光源11，物鏡12，背光源13和底座14；具體實現步驟如下：CMOS成像器件5、微透鏡陣列6、加長管7、孔徑光闌8、聚焦轉換鏡9、環形LED白光源11、物鏡12和背光源13共同組成系統光路。聚焦鏡后工作距為200mm，聚焦轉換鏡9提供10mm，孔徑光闌8提供10mm，加長管7提供180mm。微透鏡陣列6安裝在聚焦像面上，CMOS成像靶面安裝在微透鏡陣列6焦平面上?；瑮U1，滑塊2，旋鈕3，鎖緊支撐體4，連接裝置10和底座14共同構成系統機械部分?；瑝K2通過鎖緊支撐體4和螺釘鎖緊在滑桿1上，從而配合旋鈕3齒輪齒條完成系統工作距粗略調整。底座14為整個系統的支撐體，配合背光源13作為載物臺。

圖2為微透鏡陣列與CMOS成像器件耦合形成的光場傳感器示意圖。這樣就形成了光場顯微鏡光場采集光路。

需要說明的是，光路所有接口都采用光學C-接口。機械調焦部分只有粗準焦螺旋鈕，但是上述光場顯微鏡齒輪齒條已經有很高的精度了。