[發明專利]一種用于無透鏡顯微系統的彩色相干成像裝置和方法

在審

• 申請號: 201910551374.5
• 申請日: 2019-06-24
• 公開（公告）號: CN110248063A
• 公開（公告）日: 2019-09-17
• 發明（設計）人: 廖翰宇;費鵬;康天譽;蔣宇軒
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H04N5/225
• 分類號: H04N5/225
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 曹葆青;李智

本發明公開了一種用于無透鏡顯微系統的彩色相干成像裝置和方法，屬于生物醫學顯微成像領域，所述裝置包括：照明單元、光纖耦合單元、濾波單元和探測成像單元；照明單元，用于輸出紅、綠、藍三色光源，且每個光源均為窄帶光源；光纖耦合單元，用于將所述紅、綠、藍三色光源耦合入同一光纖中；濾波單元，用于對所述光纖輸出的復合光進行空間域濾波和頻域濾波；探測成像單元，用于對三色光源進行解調，并進行圖像高分辨還原。本發明的成像裝置將紅、綠、藍三色窄帶光源耦合到同一光纖中形成復合光，并且在解調過程中通過線性運算消除顏色串擾，能夠在無鏡高分辨單幀成像的基礎上，實現彩色成像。

技術領域

本發明屬于生物醫學顯微成像領域，更具體地，涉及一種用于無透鏡顯微系統的彩色相干成像裝置和方法。

背景技術

在生物醫學即時檢測過程中，常常需要分析細胞、微生物等微小樣品的形態學信息以及核酸、抗原抗體等生化反應后的熒光影像信息，而這些信息的獲取通常需要用到顯微成像設備。傳統的光學顯微鏡主要由光源、光學透鏡、光檢測器三部分組成。光學透鏡的主要作用是將樣品進行光學放大并將其聚焦在光檢測器上進行成像。但光學透鏡通常需要和光學鏡筒、光圈以及調焦系統等部件配合使用以獲得清晰的圖像，大大增加了顯微鏡的體積和復雜程度，成為顯微鏡用于即時檢測領域必須克服的一大阻力。

相比傳統顯微鏡，無透鏡顯微鏡作為新型的顯微鏡系統，以其大視場和應用簡便的特性在生物醫學領域獲得青睞。無透鏡成像技術是將樣品與電荷耦合元件CCD或互補金屬半導體氧化物CMOS芯片等光檢測器緊密接觸，無需光學元件，直接對樣品進行成像的技術。目前最為主流的無鏡系統為相干無透鏡顯微成像系統，通過使用相干光源進行全息照明，可以為其顯微成像帶來極高的穩定性，其景深從數十微米擴展到數毫米，并且可以額外提取物體的相位信息，因此成為了主要的研究方向。

然而，目前相干無透鏡顯微系統也存在一定的缺點，由于相干無鏡系統必須使用窄帶相干光源實現全息成像，照明的光源必須是嚴格單色的(帶寬±10nm以內)，所以目前相干無透鏡顯微系統不具有彩色成像的能力，但在許多領域，如生物醫學相關的應用中，彩色圖像提供了樣品的附加信息和對比度，因此是優選的研究對象。

總體而言，目前亟需提出一種在無鏡高分辨單幀成像的基礎上，實現彩色多通道成像的裝置。

發明內容

針對現有技術的缺陷，本發明的目的在于提供一種用于無透鏡顯微系統的彩色相干成像裝置和方法，旨在解決目前相干無透鏡顯微系統只能單色成像，不能實現彩色成像的問題。

為實現上述目的，本發明一方面提供了一種用于無透鏡顯微系統的彩色相干成像裝置，包括：照明單元、光纖耦合單元、濾波單元和探測成像單元；

所述照明單元，用于輸出紅、綠、藍三色窄帶光；

所述光纖耦合單元，用于將所述紅、綠、藍三色窄帶光耦合入同一光纖中，輸出復合光；

所述濾波單元，用于對所述光纖輸出的復合光進行空間域濾波和頻域濾波后，照射在樣本上；

所述探測成像單元，用于接收所述樣本經過照射后產生的初始圖像，并對所述初始圖像進行解調和高分辨還原。

進一步地，所述紅、綠、藍三色窄帶光線寬在18nm至35nm之間。

進一步地，所述光纖耦合單元，包括光源光纖耦合子單元和光纖合路耦合子單元；

所述光源光纖耦合子單元，用于分別將紅、綠、藍三色窄帶光耦合進三根光纖；

所述光纖合路耦合子單元，用于將三根光纖中的三色窄帶光耦合進同一光纖中。

進一步地，所述光源光纖耦合子單元為漸變折射率棒狀透鏡；所述光纖合路耦合子單元為3x1的光纖耦合器。