基于单色宽展结构光照明的光切片显微成像装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于单色宽展结构光照明的光切片显微成像装置和方法，所述装置包括单色宽展光照明产生模块

【技术实现步骤摘要】
基于单色宽展结构光照明的光切片显微成像装置及方法


[0001]本专利技术属于显微成像
，具体涉及一种基于单色宽展结构光照明的光切片显微成像装置及方法
。

技术介绍

[0002]结构光照明显微
(Structured Illumination Microscopy
，
SIM)
技术是一种宽场超分辨光学显微成像技术，其利用不同方向
、
不同相移量的结构光照亮样品并依次记录生成的“莫尔条纹”，最后利用相应算法重构出样品的高频信息，获得样品的超分辨图像
。SIM
具有光毒性低
、
成像速度快以及对荧光样品没有特殊要求等优点，从而在活体样品显微成像技术中脱颖而出
。
[0003]SIM
具有超分辨成像和三维层析成像能力
。
例如，雷铭等人提出了一种基于数字微镜器件
(DMD)
投影的高速结构光照明光学显微系统及方法
。
通过记录样品在三个方向
、
三步相移结构光照明下的9幅原始结构光强度图像，可以获得超越衍射极限的样品图像
。
此外，通过记录相移量分别为0°
、120
°
、240
°
的强度图像，可以计算出任一轴向位置
z
处的宽场层析图像
。
此外，将彩色成像与三维
SIM
成像相结合，提出了一种基于希尔伯特变换的三维彩色
SIM<br/>显微成像方法
。
该方法对于每一个轴向位置只需要采集两幅原始图像，就能够重构出一个光切片图像，有效提高了三维彩色成像的速度和效率
。
浙江大学匡翠方等人提出了一种基于扫描振镜和
DMD
的多色
SIM
超分辨显微成像方法，利用振镜快速切换不同的激光波长，并利用
DMD
产生条纹结构光，实现了多色三维超分辨
SIM
显微成像
。
清华大学戴琼海院士团队提出在传统
SIM
的成像光路中，通过在样品第一像面后加入中继透镜，并在频谱平面加入二维扫描振镜来扩大成像视场
。
[0004]在目前主流光切片
SIM
中，大都采用
LED
照明和
DMD/SLM(
空间光调制器
)
调制产生条纹结构光
。DMD
上的图案沿着结构光0级
、
±1级衍射光的方向被成像投影到样品，由于畸变的影响，成像系统对三个衍射光造成不同的相位调制时，成像视场内条纹对比度会出现下降
。
此外，由于
DMD
的色散效应，当采用
LED
照明和
DMD
生成正弦条纹结构光时，照明光到达样品平面的光强利用率较低
。

技术实现思路

[0005]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单色宽展结构光照明的光切片显微成像装置及方法
。
本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
[0006]本专利技术提供了一种基于单色宽展结构光照明的光切片显微成像装置，包括单色扩展照明产生模块
、
光束调制模块
、
成像模块和图像处理模块，其中，
[0007]所述单色扩展照明产生模块用于利用单频激光产生部分相干的
、
具有一定角度分布的单色扩展照明光；
[0008]所述光束调制模块用于对所述单色扩展照明光进行光调制，产生具有不同相移量的条纹结构光；
[0009]所述成像模块用于利用所述不同相移量的条纹结构光对样品厚度方向的不同轴向位置进行逐层成像，获得样品每个轴向位置的不同条纹结构光照明下的强度图像；
[0010]所述图像处理模块用于根据每一轴向位置的多幅强度图像获得当前轴向位置的光切片图像，并根据不同轴向位置的光切片图像重建样品的三维图像
。
[0011]在本专利技术的一个实施例中，所述部分相干光产生模块包括激光器以及沿激光器的光轴方向依次设置的第一显微物镜
、
毛玻璃片和第一透镜，其中，
[0012]所述激光器用于发射单频激光；
[0013]所述第一显微物镜和所述第一透镜用于将所述激光器产生的单频激光进行扩束，以覆盖所述光束调制模块中的数字化投影器件；
[0014]所述毛玻璃片垂直于所述单频激光的光轴设置且所述毛玻璃片的轴心偏离光轴，所述毛玻璃片能够绕光轴旋转以产生动态散射的部分相干光；所述毛玻璃片与所述第一透镜的焦点之间的距离为
7.5
～
15mm
，以产生具有一定照明角度分布的扩展照明光
。
[0015]在本专利技术的一个实施例中，所述光束调制模块包括沿光轴方向依次设置的数字化投影器件
、
第二透镜
、
频谱滤波器和第三透镜，其中，
[0016]所述数字化投影器件用于对来自所述部分相干光产生模块的单色扩展照明光进行光调制，产生具有不同相移量的条纹结构光；
[0017]所述第二透镜用于将所述条纹结构光聚焦在所述频谱滤波器上；
[0018]所述频谱滤波器用于对所述数字化投影器件调制后的条纹结构光进行频谱选择，仅允许
±1衍射光的频谱通过；
[0019]所述第三透镜用于将经过所述频谱滤波器频谱选择的光束扩束准直成平行照明光
。
[0020]在本专利技术的一个实施例中，所述数字化投影器件为数字微镜阵列或空间光调制器，用于加载二进制结构光条纹并依次进行
0、2
π
/3、4
π
/3
相移操作
。
[0021]在本专利技术的一个实施例中，所述光束调制模块还包括倾斜设置在所述第一透镜与所述数字化投影器件之间的第一反射镜和第二反射镜，用于将来自所述第一透镜的单色扩展照明光反射至所述数字化投影器件的表面
。
[0022]在本专利技术的一个实施例中，所述成像模块包括第三反射镜
、
二向色镜
、
第四透镜
、
第四反射镜
、
压电平移台
、
第二物镜
、
滤波片和相机，其中，
[0023]所述第三反射镜
、
所述二向色镜
、
所述第四透镜
、
所述第四反射镜
、
所述压电平移台和所述第二物镜沿光轴方向依次设置，样品设置在所述第二物镜远离所述压电平移台的一侧，所述压电平移台能够调节所述样品与所述第二物镜之间的轴向距离，使得来自所述第二物镜的条纹结构光聚焦在所述样品厚度方向的不同层上；
[0024]所述滤波片和所述相机依次设置在所述二向色镜远离所述第四透镜本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于单色宽展结构光照明的光切片显微成像装置，其特征在于，包括单色扩展照明产生模块
、
光束调制模块
、
成像模块和图像处理模块，其中，所述单色扩展照明产生模块用于利用单频激光产生部分相干的
、
具有一定角度分布的单色扩展照明光；所述光束调制模块用于对所述单色扩展照明光进行光调制，产生具有不同相移量的条纹结构光；所述成像模块用于利用所述不同相移量的条纹结构光对样品厚度方向的不同轴向位置进行逐层成像，获得样品每个轴向位置的不同条纹结构光照明下的强度图像；所述图像处理模块用于根据每一轴向位置的多幅强度图像获得当前轴向位置的光切片图像，并根据不同轴向位置的光切片图像重建样品的三维图像
。2.
根据权利要求1所述的基于单色宽展结构光照明的光切片显微成像装置，其特征在于，所述部分相干光产生模块包括激光器
(1)
以及沿激光器
(1)
的光轴方向依次设置的第一显微物镜
(2)、
毛玻璃片
(3)
和第一透镜
(4)
，其中，所述激光器
(1)
用于发射单频激光；所述第一显微物镜
(2)
和所述第一透镜
(4)
用于将所述激光器
(1)
产生的单频激光进行扩束，以覆盖所述光束调制模块中的数字化投影器件
(7)
；所述毛玻璃片
(3)
垂直于所述单频激光的光轴设置且所述毛玻璃片
(3)
的轴心偏离光轴，所述毛玻璃片
(3)
能够绕光轴旋转以产生动态散射的部分相干光；所述毛玻璃片
(3)
与所述第一透镜
(4)
的焦点之间的距离为
7.5
～
15mm
，以产生具有一定照明角度分布的扩展照明光
。3.
根据权利要求2所述的基于单色宽展结构光照明的光切片显微成像装置，其特征在于，所述光束调制模块包括沿光轴方向依次设置的数字化投影器件
(7)、
第二透镜
(8)、
频谱滤波器
(9)
和第三透镜
(10)
，其中，所述数字化投影器件
(7)
用于对来自所述部分相干光产生模块的单色扩展照明光进行光调制，产生具有不同相移量的条纹结构光；所述第二透镜
(8)
用于将所述条纹结构光聚焦在所述频谱滤波器
(9)
上；所述频谱滤波器
(9)
用于对所述数字化投影器件
(7)
调制后的条纹结构光进行频谱选择，仅允许
±1衍射光的频谱通过；所述第三透镜
(10)
用于将经过所述频谱滤波器频谱选择的光束扩束准直成不同方向的平行照明光
。4.
根据权利要求3所述的基于单色宽展结构光照明的光切片显微成像装置，其特征在于，所述数字化投影器件
(7)
为数字微镜阵列或空间光调制器，用于加载二进制结构光条纹并依次进行
0、2
π
/3、4
π
/3
相移操作
。5.
根据权利要求3所述的基于单色宽展结构光照明的光切片显微成像装置，其特征在于，所述光束调制模块还包括倾斜设置在所述第一透镜
(4)
与所述数字化投影器件
(7)
之间的第一反射镜
(5)
和第二反射镜
(6)
，用于将来自所述第一透镜
(4)
的单色扩展照明光反射至所述数字化投影器件
(7)
的表面
。6.
根据权利要求3所述的基于单色宽展结构光照明的光切片显微成像装置，其特征在于，所述成像模块包括第三反射镜
(11)、
二向色镜
(12)、
第四透镜
(13)、
第四反射镜
(14...

【专利技术属性】
技术研发人员：郜鹏，李娇月，郑娟娟，陈肖霏，安莎，马英，郑驰，高宇，夏高飞，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：