一种基于光纤阵列照明的微分相衬成像装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于光纤阵列照明的微分相衬成像装置，包括：设置在载物台两侧的光纤阵列和成像探测器；光纤阵列与耦合器连接以形成多个子光源阵列；子光源阵列用于产生形成至少一个扇形或一个圆形照明图案的成像光波；圆形和扇形同心且半径相等。本发明专利技术通过光纤阵列作为照明光源，在相同的照明面积下，光源的数量相比LED的光源数量更多，而且光纤的能量较强，因此，在相同的成像距离以及成像透镜的条件下，增加了进入光学系统的光源的数量和能力，而在相同光源条件下，可以减小了系统的成像距离、物方视场及成像物镜的数值孔径，以减小成像装置的体积，降低了成本的同时提高了重构目标图像的分辨率，扩展了微分相衬成像技术的应用场景。的应用场景。的应用场景。

【技术实现步骤摘要】
一种基于光纤阵列照明的微分相衬成像装置


[0001]本专利技术属于生物样品观测成像
，具体涉及一种基于光纤阵列照明的微分相衬成像装置。

技术介绍

[0002]目前在生物样品观测成像技术中，由于细胞等极为重要的生物结构大多数都是近乎透明的，所以光线会直接透过这类生物结构样本(几乎无吸收损耗)，即透射光几乎不存在振幅上的变化，此时传统的光学显微镜将无法对样本形貌进行成像。但是当光线穿过样本时，由于样本的形貌与厚度等变化，样本不同位置处的透射光线将具有不同的透射光程，光程变化导致透射光相位分布上的变化。而相衬显微成像技术正是利用了这一点，通过提取样本相位信息，实现透明样本的形貌观测。
[0003]目前，基于相位信息提取的显微成像的方法有以下三种：
[0004](1)T.E.Gureyev和K.A.Nugent通过对强度传播公式(Transport of intensity equation，TIE)进行傅里叶变换，实现了对目标样本的相位信息提取。
[0005](2)Nomarski G通过使用一个可以给正交偏振光同时引入一个空间位移和角度偏移的棱镜构建了一个微分干涉成像(Differential interference contrast，DIC)显微仪，实现了对目标样品的三维伪立体影像。
[0006](3)在DIC的基础之上，一种新的微分对比成像技术开始发展，即微分相衬成像技术(Differential Phase Contrast，DPC)，该技术可以得到与DIC类似的成像结果。<br/>[0007]然而，由于DIC利用了偏振光在晶体中的双折射现象，所以在成像过程中必须使用各向异性晶体，对于部分样品不适用。而DPC虽然能够弥补DIC的不足，在DPC成像技术中，照明图案中光源数目的多少以及光强的大小均对最终的高分辨率重建有着巨大的影响。DPC本身要想获得足够高分辨率的图像，它要求在半圆形的照明图案中要包含有数量尽量多的LED(Light Emitting Diode，发光二极管)，光源数目越多，光强越强，重建的高分辨率图像质量就越佳。现有的DPC成像技术以LED阵列作为光源，市场上成熟的LED阵列的间距为4毫米，因此为了提高分辨率，必须使用价格昂贵的高数值孔径成像镜头或者增加成像的距离使得更多的LED光源进入光学系统的孔径，从而导致增大了系统的成像距离、物方视场以及成像物镜的数值孔径，增加了系统的体积以及成本。

技术实现思路

[0008]为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种基于光纤阵列照明的微分相衬成像装置。本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
[0009]一种基于光纤阵列照明的微分相衬成像装置，其特征在于，包括：设置在载物台两侧的光纤阵列和成像探测器；
[0010]所述光纤阵列与耦合器连接，以形成多个子光源阵列；
[0011]多个所述子光源阵列用于产生朝向所述载物台入射的用于形成至少一个扇形或
一个圆形照明图案的成像光波；
[0012]所述圆形照明图案和所述扇形照明图案同心且半径相等。
[0013]在本专利技术的一个实施例中，所述子光源阵列所对应的多个光纤耦合为一个开关。
[0014]在本专利技术的一个实施例中，根据光纤阵列至目标物的距离、目标物至所述成像探测器的透镜的距离以及通光口径的半径确定所述扇形照明图案的光源半径。
[0015]在本专利技术的一个实施例中，所述子光源阵列产生用于形成多个扇形照明图案的成像光波时，至少两个所述扇形照明图案相间隔或者相邻。
[0016]在本专利技术的一个实施例中，多个扇形照明图案面积相等且圆心角均等于15度。
[0017]在本专利技术的一个实施例中，至少两个扇形照明图案的面积相等。
[0018]在本专利技术的一个实施例中，所述子光源阵列分别产生第一成像光波和第二成像光波；
[0019]所述光纤阵列产生所述第一成像光波时，所述成像探测器采集目标物的一帧第一图像I1；
[0020]所述光纤阵列产生所述第二成像光波时，所述成像探测器采集目标物的一帧第二图像I2；
[0021]根据公式一生成差分相衬成像的目标图像；
[0022][0023]其中，I
DPC
表示目标图像。
[0024]在本专利技术的一个实施例中，所述光纤阵列中的光纤之间的间距小于或等于125微米。
[0025]本专利技术的有益效果：
[0026]本专利技术通过光纤阵列作为照明光源，在相同的照明面积下，光源的数量相比LED的光源数量更多，而且光纤的能量较强，因此，在相同的成像距离以及成像透镜的条件下，增加了进入光学系统的光源的数量和能力，而在相同光源条件下，可以减小了系统的成像距离、物方视场及成像物镜的数值孔径，以减小成像装置的体积，降低了成本的同时提高了重构目标图像的分辨率，扩展了微分相衬成像技术的应用场景。
[0027]以下将结合附图及实施例对本专利技术做进一步详细说明。
附图说明
[0028]图1是本专利技术实施例提供的一种基于光纤阵列照明的微分相衬成像装置的结构示意图；
[0029]图2是本专利技术实施例提供的光纤阵列的分布示意图；
[0030]图3是本专利技术实施例提供的光纤阵列点亮一次的成像光波的照明图案示意图。
具体实施方式
[0031]下面结合具体实施例对本专利技术做进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。
[0032]如图1和图2所示，一种基于光纤阵列照明的微分相衬成像装置，包括：设置在载物
台2两侧的光纤阵列1和成像探测器4。载物台2用于放置目标物3的，目标物3的一般为透明相位物体。
[0033]光纤阵列1与耦合器连接以形成多个子光源阵列5。
[0034]多个子光源阵列5用于产生朝向载物台2入射的成像光波，该成像光波能够用于形成至少一个扇形或一个圆形照明图案的；圆形和扇形照明图案同心且半径相等，扇形为圆形的一部分。目标物3被子光源阵列5照射后在成像探测器4中成像。
[0035]本实施例中，光纤阵列1作为照明光源，在相同的照明面积下，光源的数量相比LED的光源数量更多，提供了更大密度的照明，在相同的成像距离和成像物镜下，增加了进入光学系统的光源的数量和能力，能得到分辨率更高的重建图像。同时使用光纤阵列1作为光源可以使得微分相衬成像装置在成像距离较小，低成本的低数值孔径成像物镜的情况下仍然能得到高分辨率的重建图像。并且产生扇形分布式的成像光源的光纤阵列1能够提供各种基于扇形的不同形状的照明图案，因此，本实施例的成像装置在不同的成像条件下仍然具有普适性，扩展了微分相衬成像技术的应用场景。
[0036]本实施例的成像装置提升了稳定性，降低了成本，而且突破了现有DPC技术在成像距离以及成像物镜数值孔径上的限制，低数值孔径成像物镜的情况下仍然能得到高分辨率的重建图像。
[0037]其中，光纤阵列1中的光纤之间的间距小于或等于125微米，远小于LED阵列的间距4毫本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于光纤阵列照明的微分相衬成像装置，其特征在于，包括：设置在载物台(2)两侧的光纤阵列(1)和成像探测器(4)；所述光纤阵列(1)与耦合器连接，以形成多个子光源阵列(5)；多个所述子光源阵列(5)用于产生朝向所述载物台(2)入射的用于形成至少一个扇形或一个圆形照明图案的成像光波；所述圆形照明图案和所述扇形照明图案同心且半径相等。2.根据权利要求1所述的一种基于光纤阵列照明的微分相衬成像装置，其特征在于，所述子光源阵列(5)所对应的多个光纤耦合为一个开关。3.根据权利要求1所述的一种基于光纤阵列照明的微分相衬成像装置，其特征在于，根据光纤阵列(1)至目标物(3)的距离、目标物(3)至所述成像探测器(4)的透镜的距离以及通光口径的半径确定所述扇形照明图案的光源半径。4.根据权利要求1所述的一种基于光纤阵列照明的微分相衬成像装置，其特征在于，所述子光源阵列(5)产生用于形成多个扇形照明图案的成像光波时，至少两个所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：相萌，郭欣，刘飞，邵晓鹏，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：