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一种基于非球面微透镜阵列的光场显微系统技术方案

技术编号:18443706 阅读:36 留言:0更新日期:2018-07-14 09:54
本发明专利技术公开了一种基于非球面微透镜阵列的光场显微系统。其包括显微物镜、微透镜阵列、感光元件和计算机处理设备;其中:微透镜阵列为非球面微透镜阵列。本发明专利技术将传统光场显微镜中的球面微透镜阵列置换为矫正像差非球面微透镜阵列,能提升每个子透镜的成像质量,从而从整体上提升重构三维图像的分辨率和成像质量,提升光场显微镜重构模型的精度。

An optical microscopic system based on aspherical microlens array

The invention discloses a light field microscopic system based on aspherical microlens array. It includes micro objective lens, microlens array, photosensitive element and computer processing equipment. Microlens array is aspheric microlens array. The spherical microlens array in the traditional optical field microscope is replaced to correct the aberration aspheric microlens array, which can improve the imaging quality of each sub lens, thus improve the resolution and imaging quality of the reconstructed 3D image as a whole, and improve the precision of the reconstruction model of the optical field microscope.

【技术实现步骤摘要】
一种基于非球面微透镜阵列的光场显微系统
本专利技术涉及微纳结构测量
,具体的说,涉及一种基于非球面微透镜阵列的光场显微系统。
技术介绍
传统显微镜可以实现对微小结构的观察,但是受制于光学系统结构的限制,无法实现大景深和多视角的观测。从而在测量一些复杂或者是一些不方便切片观察的结构的时候,传统光学显微镜的使用就受到了限制。光场显微镜技术通过在显微镜物镜和成像感光元件之间添加一块微透镜阵列,可以实现对整个光场信息的记录,通过计算机后期的处理,可以实现对光线的重新编码,从而实现对被观测物的三维信息的重构。例如,2006年Levoy提出了基于光场技术的光场显微概念,通过在传统的显微镜中添加一块微透镜阵列,根据光场渲染概念,在一段空间中,任何光线的强度还有方向可以通过两个平面来确定,如图1所示,也就是所谓的四维光场函数。通过计算机处理,可以根据光场理论还原出该空间内任何平面的图像信息。传统光场显微镜光路图如图2所示,通过在显微镜的一次成像面添加一块微透镜阵列,微透镜阵列可以对光线进行重新编码,感光元件可以记录采集到光强信息,整个系统可以实现对光场信息的记录,通过计算机后期,可以重建得到被观测物的三维模型。但是从每个小透镜成像分析可以看出,弥散斑半径较大,直接影响了光场显微镜后处理的图像质量。可以看出,影响光场显微镜成像以及模型重建的主要元器件是微透镜阵列,但是由于目前使用的微透镜阵列一般为等焦距的球面镜,或者是不同焦距分布的球面镜,得到的还原图像在低空间分辨率的同时,成像质量也受到了一定的影响。目前,成像空间分辨率和成像质量是光场显微镜存在的普遍的问题。专利技术内容为了克服现有技术的不足,本专利技术的目的在于提供一种能提升光场显微镜重构图像分辨率以及成像质量的基于非球面微透镜阵列的光场显微系统。本专利技术通过将光场显微镜中球面微透镜阵列置换成矫正像差非球面微透镜阵列,提升每个子透镜的成像质量,从而从整体上提升重构三维图像的分辨率和成像质量,提升光场显微镜重构模型的精度。本专利技术的技术方案具体介绍如下。一种基于非球面微透镜阵列的光场显微系统,其包括显微物镜、微透镜阵列、感光元件和计算机处理设备;微透镜阵列为非球面微透镜阵列。本专利技术中,非球面微透镜阵列中非球面微透镜的面型为偶次非球面。相对于传统的光场显微镜,本专利技术具有以下优点:1.设备整体结构无需进行结构上的修改;2.便于改造,通过将光场显微镜中的球面微透镜阵列修改为小像差的非球面,即可完成相应的修改;3.技术方案可以延伸通用,即除了本应用之外,还可以实现光场相机或其他光场应用的分辨率和成像质量;4.可以延伸到其他的光学系统中,通过使用非球面提升成像质量。附图说明图1是光场渲染理论中的四维光场的示意图。图2是传统的光场显微镜示意图以及单个透镜成像分析。图3是本专利技术的改良后光场显微镜示意图以及单个透镜成像分析。图4是整个光场显微镜成像系统示意图。图中标号:1-显微物镜,2-非球面微透镜阵列,3-CCD感光元件,4-计算机处理设备。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术的技术方案进行详细阐述。图3是本专利技术的光场显微镜示意图以及单个透镜成像分析,通过图像的球差分析,可以发现使用非球面的图像球差已经被矫正。同理,针对不同的成像要求,也可对其他像差进行针对性的矫正。以非球面镜种类是偶次非球面为例,解析表达式如下所示,其中c为曲率半径的倒数,希腊,,,分别为不同偶次项系数,K为圆锥系数。通过设计可以得到和物镜匹配的偶次项系数,从而得到我们显微系统中使用的非球面微透镜阵列数据。使用与物镜匹配的非球面微透镜阵列,均可达到提升成像质量的效果。如图3所示,通过引入非球面镜可以消除部分球面镜存在的像差,可以从每个子透镜成像分析中看出,弥散斑半径明显缩小,通过提升每个子透镜的成像质量可以提升整个光场显微镜的分辨率和成像质量。图4是使用非球面微透镜阵列的光场显微镜的系统示意图。光路系统包含一个显微物镜1、一个非球面微透镜阵列2、一个CCD感光元件3以及一套计算机处理设备4。被观测物通过显微镜物镜1成像后,通过非球面微透镜阵列2重新成像后,成的像被CCD感光元件3接收,CCD将采集到的光强信息传输到计算机处理设备4中,经过计算机后期处理,可以得到被观测物整个光场信息,可以还原出被观测物的三维模型。综上所述,本专利技术利用非球面微透镜阵列,在不更改整体光学系统的同时,还可以提升光场显微景观的成像质量和分辨率,对于提升光场显微镜的光学性能提供了很好的解决方案。同时,针对不同的应用场景,可以对不同的像差进行针对性的矫正。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于非球面微透镜阵列的光场显微系统,其包括显微物镜、微透镜阵列、感光元件和计算机处理设备;其特征在于,微透镜阵列为非球面微透镜阵列。

【技术特征摘要】
1.一种基于非球面微透镜阵列的光场显微系统,其包括显微物镜、微透镜阵列、感光元件和计算机处理设备;其特征在于,微透镜阵列...

【专利技术属性】
技术研发人员:孔令豹周攀宇
申请(专利权)人:复旦大学
类型:发明
国别省市:上海,31

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