[發(fā)明專利]一種基于LED陣列照明的顯微鏡光學(xué)裝置及其校準(zhǔn)方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010070786.X
• 申請日: 2020-01-21
• 公開（公告）號(hào): CN111123497B
• 公開（公告）日: 2021-07-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉子驥;仇佳樂;梁志清;任煜
• 申請（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G02B21/06
• 分類號(hào): G02B21/06;G02B21/36
• 代理公司: 成都行之專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51220
• 代理人: 熊曦

本發(fā)明公開了一種基于LED陣列照明的顯微鏡光學(xué)裝置及其校準(zhǔn)方法，包括：顯微鏡、LED照明陣列、第二凸透鏡、第一相機(jī)和第二相機(jī)；LED照明陣列位于置物臺(tái)上方用于向顯微鏡提供光源；LED照明陣列產(chǎn)生的入射光穿過顯微鏡中的第一凸透鏡后照射在顯微鏡中的第一分光鏡上生成第一光束和第二光束，第一光束射向第二凸透鏡，第一光束從第二凸透鏡射出并入射到第一相機(jī)中；第二光束穿過顯微鏡中的第三凸透鏡后照射在顯微鏡中的第二分光鏡上生成兩束光束：分別為第三光束和第四光束，第三光束穿過顯微鏡中的第四凸透鏡后入射至顯微鏡中的目鏡，第四光束入射至第二相機(jī)；本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了高精度相位成像，提高了LED照明陣列在顯微鏡成像系統(tǒng)的照明精度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光電成像檢測技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種基于LED陣列照明的顯微鏡光學(xué)裝置及其校準(zhǔn)方法。

背景技術(shù)

細(xì)胞作為生物體的基本結(jié)構(gòu)和功能單位，形態(tài)結(jié)構(gòu)復(fù)雜多樣，功能多種多樣，能準(zhǔn)確而及時(shí)地反映生物體的各項(xiàng)基能情況。現(xiàn)代醫(yī)學(xué)關(guān)于疾病的發(fā)病機(jī)制和診斷疾病都依賴于對(duì)生物細(xì)胞的檢測和研究。在研究活體細(xì)胞的動(dòng)態(tài)過程和各種結(jié)構(gòu)的生理活動(dòng)時(shí)，顯微鏡是一種非常重要的探測手段。

傳統(tǒng)顯微成像技術(shù)是基于光透過觀測物體時(shí)發(fā)生振幅和波長變化來實(shí)現(xiàn)的，生物細(xì)胞的無色透明特性致使傳統(tǒng)顯微成像技術(shù)無法對(duì)其進(jìn)行成像。熒光染色可用于標(biāo)記細(xì)胞成分或過程，揭示群體中的特定細(xì)胞表型并量化每個(gè)細(xì)胞的特定狀態(tài)，例如，定量細(xì)胞周期每個(gè)階段包括有絲分裂階段的細(xì)胞比例。但是染色常常步驟繁雜，且與活細(xì)胞不兼容，染色也可能對(duì)細(xì)胞產(chǎn)生混淆的影響。細(xì)胞的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與細(xì)胞質(zhì)折射率的不同會(huì)調(diào)制探測光的相位，細(xì)胞的這種相移信息能準(zhǔn)確反演出細(xì)胞的形態(tài)特征。

相襯顯微成像技術(shù)作為最早的相位成像技術(shù)，其原理是將相位的區(qū)別轉(zhuǎn)變?yōu)檎穹膮^(qū)別，最終使得相位變化以強(qiáng)度變化形式呈現(xiàn)出來。其中數(shù)字全息顯微技術(shù)，可通過復(fù)雜的去卷積算法在對(duì)細(xì)胞無損的前提下完成細(xì)胞結(jié)構(gòu)的三維重構(gòu)，最終成像結(jié)果分辨率超越衍射極限。在部分相干光照明情況下，照明光源不用嚴(yán)格相干，對(duì)于抑制散斑噪聲、提高成像分辨率具有巨大優(yōu)勢。一種典型的微分干涉相位技術(shù)借助于一個(gè)LED陣列照明源，為樣品提供各種入射角度的照明光線，獲取定量相位圖像，通過傅里葉域中的數(shù)字圖像處理獲得高分辨率大視場的相位信息圖和振幅重構(gòu)圖像。一種基于LED陣列照明的顯微鏡光學(xué)裝置可以有效的利用生物細(xì)胞的相位信息，通過反演相位的變化達(dá)到恢復(fù)其表型等特征，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)細(xì)胞的空間成像，可實(shí)現(xiàn)細(xì)胞無損檢測。因此LED照明陣列在光路中的校準(zhǔn)尤為重要。至今尚未提出一套準(zhǔn)確的校準(zhǔn)方案與流程。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述問題，本發(fā)明提出了一種基于LED陣列照明的顯微鏡光學(xué)裝置及其校準(zhǔn)方法，利用位移臺(tái)進(jìn)行LED陣列六維方向的校準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)了高精度相位成像，提高了LED照明陣列在顯微鏡成像系統(tǒng)的照明精度。

為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了一種基于LED陣列照明的顯微鏡光學(xué)裝置，所述裝置包括：

顯微鏡、LED照明陣列、第二凸透鏡、第一相機(jī)和第二相機(jī)；

LED照明陣列位于置物臺(tái)上方，并用于向顯微鏡提供光源；LED照明陣列產(chǎn)生的入射光穿過顯微鏡中的第一凸透鏡后照射在顯微鏡中的第一分光鏡上生成兩束光束：分別為第一光束和第二光束，第一光束射向第二凸透鏡，第一光束從第二凸透鏡射出并入射到第一相機(jī)中；第二光束穿過顯微鏡中的第三凸透鏡后照射在顯微鏡中的第二分光鏡上生成兩束光束：分別為第三光束和第四光束，第三光束穿過顯微鏡中的第四凸透鏡后入射至顯微鏡中的目鏡，第四光束入射至第二相機(jī)。

優(yōu)選的，第一相機(jī)用于收集側(cè)邊光路圖像信息，第二相機(jī)用于采集顯微鏡成像圖像。

優(yōu)選的，第二相機(jī)置于顯微鏡前端。

優(yōu)選的，第一相機(jī)為MER-200-20UC相機(jī)，第二相機(jī)為PCO.Edge5.55.5CMOS相機(jī)。

優(yōu)選的，所述裝置還包括三維位移平臺(tái)，三維位移平臺(tái)用于對(duì)LED照明陣列進(jìn)行X軸、 Y軸和Z軸方向上的調(diào)整。