本發(fā)明屬于光學顯微成像技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種相襯顯微成像裝置及方法。

背景介紹

顯微鏡作為一種通用的觀察、計量儀器，其應(yīng)用早就滲透到我們身邊的各行各業(yè)中，它是當今社會的“物化法官”，又是一把“探索微觀世界的鑰匙”。隨著人類觀察物質(zhì)世界向著微米、納米尺度邁進，對微小物體三維觀測的需要推動著立體顯微成像技術(shù)的發(fā)展。相襯成像、偏光成像是比較常見的兩種顯微成像方法，其對應(yīng)的顯微鏡分別稱為相襯顯微鏡與偏光顯微鏡。相襯顯微鏡又稱為相差顯微鏡，其是荷蘭科學家zernike于1935年發(fā)明的(盛富根.微分干涉相襯顯微鏡的原理分析(矢量法)[j].光學儀器,1986,(5).)，用于觀察未染色標本的顯微鏡。相襯顯微鏡利用物體不同結(jié)構(gòu)成分之間的折射率和厚度的差別，把通過物體不同部分的光程差轉(zhuǎn)變?yōu)檎穹?光強度)的差別，經(jīng)過帶有環(huán)狀光闌的聚光鏡和帶有相位片的相差物鏡實現(xiàn)觀測的顯微鏡。主要用于觀察活細胞或不染色的組織切片，有時也可用于觀察缺少反差的染色樣品。

雖然傳統(tǒng)相襯顯微鏡具備傳統(tǒng)明場顯微鏡所不具備的功能，但是這需要顯微光路中附加一些光學元件，如：環(huán)狀光闌、偏振片等等，這就無形中增加了光路調(diào)節(jié)的復雜度。特別是相差顯微鏡中的環(huán)狀光闌尺寸需要與每個物鏡單獨匹配，如果系統(tǒng)中有4個不同倍率的物鏡，則需要分別配備四種不同尺寸的環(huán)狀光闌與之相配。顯然，這使得聚光鏡的結(jié)構(gòu)變得日益復雜，元件數(shù)目越來越多，成本也隨之越來越高。這種復雜的聚光鏡結(jié)構(gòu)一般需要熟練的顯微鏡工作者進行操作，并需要針對標本的差異和物鏡的不同進行實踐、校正(劉金,解玉蘭.柯拉照明在顯微鏡調(diào)節(jié)中的應(yīng)用[j].實驗室科學,2006,(2):117-118.)，存在操作復雜，工序繁瑣的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡單、成本低、成像效果好的相襯顯微成像裝置及方法，能夠?qū)悠穼崿F(xiàn)相襯顯微觀看。

實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：一種相襯顯微成像裝置，包括led陣列、樣品載物臺、顯微物鏡、鏡筒透鏡、相機和計算機；其中l(wèi)ed陣列、樣品載物臺、顯微物鏡、鏡筒透鏡、相機從下至上依次設(shè)置，且led陣列的中心位于顯微物鏡、鏡筒透鏡的中心軸線上；led陣列和相機均與計算機連接；

將待成像的樣品置于樣品載物臺，計算機向led陣列發(fā)送控制信號，使led陣列產(chǎn)生所需要的照明圖案，該照明光透過樣品載物臺被顯微物鏡收集，顯微物鏡將收集的照明光進行放大后入射至鏡筒透鏡，計算機驅(qū)動相機對穿過鏡筒透鏡的樣品圖像進行采樣，相機將采集的樣品圖像經(jīng)過數(shù)據(jù)線輸入計算機進行顯示，觀察者對計算機顯示的樣品圖像進行相襯顯微觀看。

優(yōu)選地，所述led陣列的尺寸為320mm×320mm，提供單色圖案照明或多色圖案同時照明。

優(yōu)選地，所述led陣列距離樣品載物臺上表面的垂直距離為90mm。

優(yōu)選地，所述相機的ccd鏡頭位于透鏡的后焦面上。

一種基于所述相襯顯微成像裝置的顯微成像方法，步驟如下：

步驟1，將顯微物鏡切換到十倍倍率的相襯顯微物鏡；

步驟2，對led陣列的位置進行標記，使led陣列環(huán)形區(qū)域的像素點區(qū)域透光，該環(huán)形區(qū)域與相襯顯微物鏡的后焦面環(huán)狀相位板區(qū)域相吻合；

步驟3，將待成像的樣品置于樣品載物臺，計算機向led陣列發(fā)送控制信號，使led陣列產(chǎn)生所需要的照明圖案，該照明光透過樣品載物臺被顯微物鏡收集；

步驟4，顯微物鏡將收集的照明光進行放大后入射至鏡筒透鏡，計算機驅(qū)動相機對穿過鏡筒透鏡的樣品圖像進行采樣，相機將采集的樣品圖像經(jīng)過數(shù)據(jù)線輸入計算機進行顯示，觀察者對計算機顯示的樣品圖像進行相襯顯微觀看即可得到相襯顯微成像結(jié)果。

進一步地，步驟2所述對led陣列的位置進行標記，具體如下：

(1)首先建立坐標系xoy，坐標原點o位于led陣列中央；

(2)對于任意一個像素點p，其位置坐標為(px,py)，定義像素點p所對應(yīng)的照明數(shù)值孔徑nai為：

其中，f代表顯微物鏡的聚光鏡焦距，θi為像素點p所發(fā)出的光照射樣品的角度；

(3)每個像素點p的照明數(shù)值孔徑nai決定了p所發(fā)出的光照射樣品的角度：

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點在于：(1)不需要附額外的光學元件如環(huán)形光闌和微透鏡陣列，結(jié)構(gòu)簡單、成本低；(2)成像效果好，能夠?qū)悠穼崿F(xiàn)相襯顯微觀看。

附圖說明

圖1本發(fā)明相襯顯微成像裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明的led陣列中每個像素點的坐標系示意圖。

圖3是本發(fā)明的相襯顯微鏡led陣列的顯示圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖及具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。

結(jié)合圖1，本發(fā)明立體顯微成像裝置，包括led陣列1、樣品載物臺2、顯微物鏡3、鏡筒透鏡4、相機5和計算機6；其中l(wèi)ed陣列1、樣品載物臺2、顯微物鏡3、鏡筒透鏡4、相機5從下至上依次設(shè)置，且led陣列1的中心位于顯微物鏡3、鏡筒透鏡4的中心軸線上；led陣列1和相機5均與計算機6連接；

將待成像的樣品置于樣品載物臺2，計算機6向led陣列1發(fā)送控制信號，使led陣列1產(chǎn)生所需要的照明圖案，該照明光透過樣品載物臺2被顯微物鏡3收集，顯微物鏡3將收集的照明光進行放大后入射至鏡筒透鏡4，計算機6驅(qū)動相機5對穿過鏡筒透鏡4的樣品圖像進行采樣，相機5將采集的樣品圖像經(jīng)過數(shù)據(jù)線輸入計算機6進行顯示，觀察者對計算機6顯示的樣品圖像進行相襯顯微觀看。

優(yōu)選地，所述led陣列(1)利用led陣列作為顯微系統(tǒng)的照明光源，不需要傳統(tǒng)顯微鏡的聚光鏡，所述led陣列1的尺寸為320mm×320mm，提供單色圖案照明或多色圖案同時照明。

優(yōu)選地，所述led陣列1距離樣品載物臺2上表面的垂直距離為90mm。

優(yōu)選地，所述相機6的ccd鏡頭位于透鏡5的后焦面上。

一種所述相襯顯微成像裝置的顯微成像方法，步驟如下：

步驟1，將顯微物鏡3切換到十倍倍率的相襯顯微物鏡；

步驟2，對led陣列1的位置進行標記，使led陣列1環(huán)形區(qū)域的像素點區(qū)域透光，該環(huán)形區(qū)域與相襯顯微物鏡的后焦面環(huán)狀相位板區(qū)域相吻合；

步驟3，將待成像的樣品置于樣品載物臺2，計算機6向led陣列1發(fā)送控制信號，使led陣列1產(chǎn)生所需要的照明圖案，該照明光透過樣品載物臺2被顯微物鏡3收集；

步驟4，顯微物鏡3將收集的照明光進行放大后入射至鏡筒透鏡4，計算機6驅(qū)動相機5對穿過鏡筒透鏡4的樣品圖像進行采樣，相機5將采集的樣品圖像經(jīng)過數(shù)據(jù)線輸入計算機6進行顯示，觀察者對計算機6顯示的樣品圖像進行相襯顯微觀看即可得到相襯顯微成像結(jié)果。

進一步地，步驟2所述對led陣列1的位置進行標記，具體如下：

(1)首先建立坐標系xoy，坐標原點o位于led陣列1中央；

(2)對于任意一個像素點p，其位置坐標為(px,py)，定義像素點p所對應(yīng)的照明數(shù)值孔徑nai為：

其中，f代表顯微物鏡3的聚光鏡焦距，θi為像素點p所發(fā)出的光照射樣品的角度；

(3)每個像素點p的照明數(shù)值孔徑nai決定了p所發(fā)出的光照射樣品的角度：

實施例1

下面結(jié)合附圖詳細介紹該發(fā)明裝置和實現(xiàn)對樣品相襯顯微觀看的步驟。

(1)結(jié)合附圖詳細介紹該發(fā)明裝置：

結(jié)合圖1，本發(fā)明立體顯微成像裝置，包括led陣列1、樣品載物臺2、顯微物鏡3、鏡筒透鏡4、相機5和計算機6；其中l(wèi)ed陣列1、樣品載物臺2、顯微物鏡3、鏡筒透鏡4、相機5從下至上依次設(shè)置，且led陣列1的中心位于顯微物鏡3、鏡筒透鏡4的中心軸線上；led陣列1和相機5均與計算機6連接；

將待成像的樣品置于樣品載物臺2，計算機6向led陣列1發(fā)送控制信號，使lcd液晶面1板產(chǎn)生所需要的照明圖案，該照明光透過樣品載物臺被顯微物鏡3收集，顯微物鏡3將收集的照明光進行放大入射至鏡筒透鏡4，計算機6驅(qū)動相機5對穿過鏡筒透鏡4的樣品圖像進行采樣，相機5將采集的樣品圖像經(jīng)過數(shù)據(jù)線輸入計算機6進行顯示，觀察者對計算機6顯示的樣品圖像進行相襯顯微觀看。在進行具體成像前，必須對led陣列1的位置進行標記，首先建立坐標系，坐標原點位于led陣列1中央。對于任意一個像素點p，其位置坐標為(px,py)，定義該點所對應(yīng)的照明數(shù)值孔徑為對于基于led陣列1的可編程顯微鏡聚光鏡裝置而言，f代表聚光鏡的焦距l(xiāng)ed陣列中心距離載物臺的距離。每個像素點p的照明數(shù)值孔徑?jīng)Q定了其所發(fā)出的光學照射樣品的角度led陣列1尺寸為320mm×320mm，可提供單色圖案照明也可提供多色圖案同時照明。led陣列1距離樣品載物臺2上表面的距離約為90mm。相機6的ccd鏡頭位于鏡筒透鏡4的后焦面上。圖2是本發(fā)明的led陣列中每個像素點的坐標系示意圖。圖3是本發(fā)明的相襯顯微鏡led陣列所需顯示的指定圖案，其中虛線部分代表的是相襯顯微物鏡的數(shù)值孔徑區(qū)域naobj。

(2)實現(xiàn)對該裝置所呈現(xiàn)的物體觀看的具體步驟包括：

步驟一：將顯微物鏡3切換到合適倍率的相襯顯微物鏡。

步驟二：led陣列1的可編程顯微鏡聚光鏡裝置，僅使其一個環(huán)形區(qū)域的像素點區(qū)域透光即可(其余部分不透光)。該環(huán)形區(qū)域與相襯顯微物鏡的后焦面環(huán)狀相位板區(qū)域相吻合。

步驟三：在此配置下，放入待觀察樣品，采用相機拍攝，觀看計算機6顯示器即可得到相襯顯微成像結(jié)果。

本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、成本低、不需要附額外的光學元件如環(huán)形光闌和微透鏡陣列、成像效果好，能夠?qū)悠穼崿F(xiàn)相襯顯微觀看。