基于微透镜的多平面显微成像系统及成像方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于微透镜的多平面显微成像系统及成像方法，该系统包括：视窗模块用于将观测样本处的光学信号传播到微透镜和显微镜；微透镜模块，用于将微透镜观测面的位置移动到显微镜焦面进行成像；显微光学放大模块，用于对显微镜焦面发出的光学信号进行光学放大；信息采集模块，用于对显微光学放大模块的输出信号进行采集和处理，得到处理结果。该系统提升了传统光学显微镜的性能，使得传统光学显微镜能够实现对观测样本表面信息、深层信息或截面信息的同时观测。息或截面信息的同时观测。息或截面信息的同时观测。

【技术实现步骤摘要】
基于微透镜的多平面显微成像系统及成像方法


[0001]本专利技术涉及光学显微成像
，特别涉及一种基于微透镜的多平面显微成像系统 及成像方法。

技术介绍

[0002]光学显微成像技术是人类认识微观世界的重要工具之一。通过光学显微成像技术，人 类认识理解了细胞、细菌、病毒等微生物结构，极大促进了生命科学和医学的发展。光学 显微镜的一个重要应用领域是脑神经活动的动态成像。结合GCaMP等化学指示剂，光学 显微镜可以利用钙浓度变化、化学递质浓度变化和电压变化等带来的荧光强度变化探测神 经元活动的变化。生物的大脑具有分层的三维结构，不同层具有不同的结构和功能。例如， 大脑的海马区和大脑皮层的信息交流和记忆的形成直接相关，因此为了探索记忆的形成过 程需要同时对海马和皮层进行同时观测。传统的光学显微技术单次拍摄只能对显微镜焦面 上的目标实现清晰呈现，焦面外的物体会产生模糊。
[0003]为了实现多平面样本的观测，现有方案主要有三种：第一种采用机械移动物镜，不同 时刻观测不同的位置，但是机械惯性限制了成像的速度；第二种采用电调变焦透镜改变物 镜焦距，此方法相对第一种方法提升了成像速度，但是受限于电调透镜的原理，视场范围 受限；第三种是光场显微成像方法，通过牺牲成像系统的横向分辨率来实现对三维光场的 获取和重建，不但无法分辨神经元的细节，还需要大量的数据算法才可以实现三维重建。

技术实现思路

[0004]本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
[0005]为此，本专利技术的一个目的在于提出一种基于微透镜的多平面显微成像系统，该系统通 过在传统显微镜物镜和样本面之间加入微透镜，实现视野中不同深度区域的同时成像。
[0006]本专利技术的另一个目的在于提出一种基于微透镜的多平面显微成像方法。
[0007]为达到上述目的，本专利技术一方面实施例提出了一种基于微透镜的多平面显微成像系统， 包括：显微镜、设置于显微镜物镜和观测样本之间的微透镜模块、视窗模块、显微光学放 大模块、信息采集模块；
[0008]所述视窗模块用于将所述观测样本处的光学信号传播到微透镜模块和显微镜；
[0009]所述微透镜模块，用于将微透镜观测面的位置移动到显微镜焦面进行成像；
[0010]显微光学放大模块，用于对显微镜焦面发出的光学信号进行光学放大；
[0011]信息采集模块，用于对所述显微光学放大模块的输出信号进行采集和处理，得到处理 结果。
[0012]本专利技术实施例的基于微透镜的多平面显微成像系统，解决了现有的宽场显微系统无法 同时对多个平面成像的局限性，利用在显微镜物镜和样本之间放置微透镜实现多平
面的同 时成像，从而能够在保持传统显微成像光路的前提下实现对样本内不同深度不同区域样本 的同时观测。
[0013]另外，根据本专利技术上述实施例的基于微透镜的多平面显微成像系统还可以具有以下附 加的技术特征：
[0014]进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述视场模块包括微透镜视窗和宽视场视窗；
[0015]所述微透镜视窗，用于保持微透镜观测视野的平整，并把微透镜成像范围的信息传播 到所述宽视场视窗；
[0016]所述宽视场视窗用于保持宽视场的平整。
[0017]进一步地，在本专利技术的一个实施例中，对于远离物镜侧的所述观测样本的光学信号， 通过均匀介质传播到微透镜后，在显微镜的物面形成一个虚像，该虚像和靠近物镜侧的所 述观测样本的光学信号通过所述显微光学放大模块进行放大。
[0018]进一步地，在本专利技术的一个实施例中，还包括：微棱镜；
[0019]所述微棱镜用于将所述观测样本的纵向截面反射到显微镜的物面，形成一个虚像。
[0020]进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述系统满足以下关系：
[0021][0022]其中，u为微透镜模块的观测面到微透镜模块的距离，v为显微镜物镜焦面到微透镜模 块距离，f为微透镜模块的焦距。
[0023]进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述系统满足以下关系：
[0024][0025]其中，d为微透镜模块的厚度，h为微透镜视窗的高度，n
o
为微透镜视窗的折射率，n
i
为 微透镜模块与显微镜物镜之间介质的折射率，微透镜模块的焦距为无穷大。
[0026]进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述微透镜模块的个数为至少一个，分别放置 在不同的观测位置。
[0027]进一步地，在本专利技术的一个实施例中，微透镜视窗中填充的材料包括空气、液体或者 玻璃，微透镜视窗的外周表面附加套管保护，视窗的高度和上下表面根据焦平面位置的调 节需要采用平面或者曲面。
[0028]进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述信息采集模块包括面阵光强探测器，将二 维光信号转化为电信号。
[0029]为达到上述目的，本专利技术另一方面实施例提出了一种基于微透镜的多平面显微成像方 法，包括以下步骤：
[0030]获取观测样本；
[0031]将微透镜安装到微透镜观测范围的观测样本内；
[0032]将盖玻片覆盖在观测样本表面，并进行固定；
[0033]通过调节微透镜的轴向位置实现不同平面的对焦，利用基于微透镜的多平面显微成像 系统对观测样本进行观测。
[0034]本专利技术实施例的基于微透镜的多平面显微成像方法，通过在物镜和样本之间加入微透 镜，创建了一种有效、快速的多平面显微成像方式，能够经济高效地扩展现有显微镜的功 能，具有实现对样本内大范围不同深度同时成像的能力。
[0035]本专利技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明 显，或通过本专利技术的实践了解到。
附图说明
[0036]本专利技术上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和 容易理解，其中：
[0037]图1为根据本专利技术一个实施例的基于微透镜的宽场显微成像系统的结构图；
[0038]图2为根据本专利技术另一个实施例的基于微透镜的宽场显微成像系统的结构图；
[0039]图3为根据本专利技术又一个实施例的基于微透镜的宽场显微成像系统的结构框图；
[0040]图4为根据本专利技术一个实施例的基于微透镜的宽场显微成像方法流程图。
具体实施方式
[0041]下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同 或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描 述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。
[0042]下面参照附图描述根据本专利技术实施例提出的基于微透镜的多平面显微成像系统及 成像方法。
[0043]首先将参照附图描述根据本专利技术实施例提出的基于微透镜的多平面显微成像系统。
[0044]图1为根据本专利技术一个实施例的基于微透镜的宽场显微成像系统的结构图。
[0045]如本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于微透镜的多平面显微成像系统，其特征在于，包括：显微镜、设置于显微镜物镜和观测样本之间的微透镜模块、视窗模块、显微光学放大模块、信息采集模块；所述视窗模块用于将所述观测样本处的光学信号传播到微透镜模块和显微镜；所述微透镜模块，用于将微透镜观测面的位置移动到显微镜焦面进行成像；显微光学放大模块，用于对显微镜焦面发出的光学信号进行光学放大；信息采集模块，用于对所述显微光学放大模块的输出信号进行采集和处理，得到处理结果。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述视场模块包括微透镜视窗和宽视场视窗；所述微透镜视窗，用于保持微透镜观测视野的平整，并把微透镜成像范围的信息传播到所述宽视场视窗；所述宽视场视窗用于保持宽视场的平整。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，对于远离物镜侧的所述观测样本的光学信号，通过均匀介质传播到微透镜后，在显微镜的物面形成一个虚像，该虚像和靠近物镜侧的所述观测样本的光学信号通过所述显微光学放大模块进行放大。4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：微棱镜；所述微棱镜用于将所述观测样本的纵向截面反射到显微镜的物面，形成一个虚像。5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统满足以下关系：其...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢浩，林星，庄超玮，孔令杰，戴琼海，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：