[發明專利]基于梯度折射率透鏡的內窺鏡式三維顯微成像裝置和方法

在審

• 申請號: 202110546026.6
• 申請日: 2021-05-19
• 公開（公告）號: CN113341554A
• 公開（公告）日: 2021-09-03
• 發明（設計）人: 李浩宇;丁旭旻;劉儉;趙一軒;曲麗穎
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G02B23/24
• 分類號: G02B23/24;G01N21/84;G01N21/01
• 代理公司: 北京慕達星云知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11465
• 代理人: 符繼超

1.一種基于梯度折射率透鏡的內窺鏡式三維顯微成像裝置，其特征在于，按照光線傳播方向依次設置有：環形LED光源(1)、被測樣品(5)、梯度折射率透鏡陣列(2)、長焦距中繼透鏡(3)和CMOS相機(4)；

所述環形LED光源(1)、所述梯度折射率透鏡陣列(2)相對于所述被測樣品(5)位于同一豎直方向上；且所述環形LED光源(1)和所述梯度折射率透鏡陣列(2)位于被測樣品(5)的同一側。

2.根據權利要求1所述的基于梯度折射率透鏡的內窺鏡式三維顯微成像裝置，其特征在于，所述環形LED光源(1)與所述梯度折射率透鏡陣列(2)在豎直方向上的中軸線重合。

3.根據權利要求1所述的基于梯度折射率透鏡的內窺鏡式三維顯微成像裝置，其特征在于，所述環形LED光源(1)波長為白光光源，功率為50mw；包括若干個白光光源，間隔均布于所述梯度折射率透鏡陣列(2)之間，形成環形光源。

4.根據權利要求1所述的基于梯度折射率透鏡的內窺鏡式三維顯微成像裝置，其特征在于，所述的梯度折射率透鏡陣列(2)包括多個豎向平行排列的NA＝0.5，焦距為5mm的梯度折射率透鏡，相鄰兩個梯度折射率透鏡的間距為1.4mm；每個梯度折射率透鏡分別從不同位置采集被測樣品(6)反射光束后，共用一個光路系統進行成像。

5.根據權利要求1所述的基于梯度折射率透鏡的內窺鏡式三維顯微成像裝置，其特征在于，所述長焦距中繼透鏡(3)由兩個相同參數的消色差雙膠合透鏡組成，直徑尺寸為6.25mm，焦距為60mm。

6.根據權利要求1所述的基于梯度折射率透鏡的內窺鏡式三維顯微成像裝置，其特征在于，所述環形LED光源(1)、梯度折射率透鏡陣列(2)、中繼透鏡(3)和CMOS相機(4)集成在最大外形尺寸為直徑尺寸為8mm，長度為130mm的細長外殼中。

7.根據權利要求1所述的基于梯度折射率透鏡的內窺鏡式三維顯微成像裝置，其特征在于，所述中繼透鏡(3)用于控制成像比例，中繼透鏡(3)的前焦面與梯度折射率透鏡陣列(2)的后表面重合，中繼透鏡(3)的后焦距與CMOS相機(4)的傳感器面重合。

8.一種基于權利要求1～7中任一所述的梯度折射率透鏡的內窺鏡式三維顯微成像裝置的成像方法，其特征在于：包括如下步驟：

數據采集步驟a：

步驟a、環形LED光源(1)發出的光對被測樣品(5)進行均勻照明，被測樣品(5)表面產生反射光，反射光經梯度折射率透鏡陣列(2)后成像至其后表面，通過中繼透鏡(8)延長成像光路，將光束信號聚焦在CMOS相機(4)上進行單幀采集；

數據處理步驟b：

步驟b1、圖像位置校準：將CMOS相機(4)采集到的單幀圖像進行每個梯度折射率透鏡的軸向位置校準；

步驟b2、球差校正：對梯度折射率透鏡采集圖像產生的圖像凸出影像，進行校正，得到無球差圖像；

步驟b3、將采集到的無球差圖像經過反卷積三維點擴展函數得到被測樣品的三維形貌。

9.根據權利要求8所述的基于梯度折射率透鏡的內窺鏡式三維顯微成像方法，其特征在于：所述步驟b1中，通過采集單幀高曝光圖像進行軸向定位，相鄰兩個梯度折射率透鏡的真實距離為校準后的距離。

10.根據權利要求8所述的基于梯度折射率透鏡的內窺鏡式三維顯微成像方法，其特征在于：所述步驟b3中，三維點擴展函數通過采集等間距軸向位置的25μm針孔后經高斯擬合獲得。