專利名稱：結(jié)構(gòu)光照明層析顯微成像系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及光學顯微成像領域，尤其涉及一種結(jié)構(gòu)光照明層析顯微成像系統(tǒng)。
背景技術：
傳統(tǒng)的寬場光學顯微鏡是部分相干成像系統(tǒng)，光學傳遞函數(shù)中某些頻率成分不隨著離焦距離的增加而衰減，因而系統(tǒng)不具備層析成像的能力。在弱光成像條件下考察系統(tǒng)光學傳遞函數(shù)，發(fā)現(xiàn)只有空間頻率為零的成分不隨著離焦而衰減。進一步研究發(fā)現(xiàn)，通過改變顯微鏡的照明系統(tǒng)，將具有單一空間頻率的條紋格柵投射到樣本，顯微鏡可以對條紋格柵投影到所在的焦面進行很好的成像，這樣便可以獲得標記有銳利的條紋的樣本層析圖像。在格柵位于不同的相對空間位置時進行三次成像，通過圖像處理便可以獲得寬場層析成像結(jié)果?，F(xiàn)有的結(jié)構(gòu)光層析顯微成像系統(tǒng)一般米用橫向移動格柵的方式改變其相對空間位置，在不同的位置進行三次成像。這種方式需要對格柵的位置移動進行嚴格的控制并與攝像機同步操作，成像速度慢且只能用于觀察靜態(tài)的樣本。另外，還有一種基于彩色CCD的結(jié)構(gòu)光成像系統(tǒng)，采用不同顏色的格柵作為照明模式，雖然實現(xiàn)了不同空間位置的單次結(jié)構(gòu)光成像，但是CCD探測得到的不同顏色光之間會存在嚴重的光譜串擾，而且由于光源采用寬譜光源，成像系統(tǒng)色差會極大的影響成像質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種穩(wěn)定、快速以及單次曝光的結(jié)構(gòu)光照明層析顯微成像系統(tǒng)。為了達到上述目的，本發(fā)明提供了一種結(jié)構(gòu)光照明層析顯微成像系統(tǒng)，用于樣品層析成像，其特征在于，包括結(jié)構(gòu)光照明裝置，包括第一結(jié)構(gòu)光裝置、第二結(jié)構(gòu)光裝置、第三結(jié)構(gòu)光裝置、對應第一、第二結(jié)構(gòu)光裝置設置的第一分光鏡、對應第三結(jié)構(gòu)光裝置和第一分光鏡設置的第二分光鏡以及對應第二分光鏡設置的第一透鏡，結(jié)構(gòu)光由第一透鏡出射，所述結(jié)構(gòu)光裝置均包括依次設置的光源、光束準直器和格柵；成像裝置，依次包括第二透鏡、分光模塊以及成像模塊；以及設置于結(jié)構(gòu)光照明裝置與成像裝置的光路之間可將產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)光投影到樣品的半透半反鏡和顯微物鏡；所述結(jié)構(gòu)光經(jīng)半透半反鏡、顯微物鏡投影到樣品，樣品反射光經(jīng)顯微物鏡、半透半反鏡由成像裝置接收，成像裝置的分光模塊將樣品反射光分為三束，由成像模塊接收。優(yōu)選的，所述各結(jié)構(gòu)光裝置的光源為中心波長相近但光譜互不重疊的窄帶光源。優(yōu)選的，所述結(jié)構(gòu)光照明裝置包括三個光源，分別對應設置在第一結(jié)構(gòu)光裝置、第二結(jié)構(gòu)光裝置以及第三結(jié)構(gòu)光裝置中。優(yōu)選的，所述窄帶光源為窄帶LED或激光器或白光源和帶通濾光片的組合。
優(yōu)選的，所述各結(jié)構(gòu)光裝置的格柵的線狀條紋密度相同。優(yōu)選的，所述成像模塊設有三個不同的感光區(qū)域，三束樣品反射光對應不同的感光區(qū)域。優(yōu)選的，所述成像模塊為(XD或CMOS。優(yōu)選的，所述光源米用激光器時，分光模塊為三角棱鏡或光柵。優(yōu)選的，所述光源采用窄帶LED或白光源和帶通濾光片的組合時，分光模塊為分
光鏡組。優(yōu)選的，所述系統(tǒng)還包括升降臺，用于承載及移動樣品。本發(fā)明提供了一種結(jié)構(gòu)光照明層析顯微成像系統(tǒng)，與現(xiàn)有的多次曝光結(jié)構(gòu)光照明成像裝置不同。本系統(tǒng)利用照明光顏色的不同，實現(xiàn)單次曝光的層析顯微成像，從而可對動態(tài)目標進行快速成像研究。本系統(tǒng)主要包括結(jié)構(gòu)光照明裝置和成像裝置。結(jié)構(gòu)光照明裝置方面，照明光由三個中心波長相近但光譜互不重疊的窄帶光或激光組成，三路光通過各自獨立的投影路徑，把格柵投影到樣品上獲得結(jié)構(gòu)光照明。在成像裝置方面，利用分光裝置把不同波長的反射光投影到成像模塊的不同感光區(qū)域并同時進行成像。與現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)光照明層析顯微成像裝置相比，本系統(tǒng)除減少了曝光次數(shù)外，還包括以下幾個優(yōu)點(1)由于采用了中心波長相近的窄帶光或激光，可以有效地消除色差對成像質(zhì)量的影響；(2)三路照明光采用各自獨立的格柵產(chǎn)生結(jié)構(gòu)照明模式，反射光經(jīng)分光裝置后由成像模塊的不同感光區(qū)域接受，減少了信號間的相互串擾。


圖1為本發(fā)明米用激光作為光源時的一種實施例的不意圖。圖2為本發(fā)明采用窄帶光源作為光源時的另一種實施例的示意圖。
具體實施例方式下面將結(jié)合附圖以及具體實施例來對本發(fā)明作進一步詳細說明。本發(fā)明提供一種結(jié)構(gòu)光照明層析顯微成像系統(tǒng)，用于樣品層析成像。請參考圖1，該實施例揭示了一種基于單色光源照明的結(jié)構(gòu)光照明層析顯微成像系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括結(jié)構(gòu)光照明裝置10、成像裝置20以及設置于結(jié)構(gòu)光照明裝置10與成像裝置20的光路之間可將產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)光投影到樣品51的半透半反鏡53和顯微物鏡52。所述成像裝置20依次包括第二透鏡54、分光模塊55以及成像模塊56。所述結(jié)構(gòu)光照明裝置10包括第一結(jié)構(gòu)光裝置101、第二結(jié)構(gòu)光裝置102、第三結(jié)構(gòu)光裝置103、對應第一、第二結(jié)構(gòu)光裝置(101、102)設置的第一分光鏡40、對應第三結(jié)構(gòu)光裝置103和第一分光鏡40設置的第二分光鏡41以及對應第二分光鏡41設置的第一透鏡42，結(jié)構(gòu)光由第一透鏡42出射，所述結(jié)構(gòu)光裝置(101、102、103)均包括依次設置的光源(11、21、31)、光束準直器(12、22、32)和格柵(13、23、33)。所述各結(jié)構(gòu)光裝置(101、102、103)包括三個中心波長相近但光譜互不重疊的窄帶光源(11、21、31)，分別對應設置在第一結(jié)構(gòu)光裝置101、第二結(jié)構(gòu)光裝置102以及第三結(jié)構(gòu)光裝置103中。所述窄帶光源(11、21、31)為激光器，其對應采用的分光模塊55為三角棱鏡或光柵。所述結(jié)構(gòu)光照明裝置10中共有三個格柵(13、23、33 )，對應光源(11、21、31)設置，該等格柵(13、23、33 )的線狀條紋密度相同。所述結(jié)構(gòu)光經(jīng)半透半反鏡53、顯微物鏡52投影到樣品51，樣品反射光經(jīng)顯微物鏡52、半透半反鏡53由成像裝置20接收，成像裝置20的分光模塊55將樣品反射光分為三束，由成像模塊56接收。所述成像模塊56為CXD或CMOS，其設有三個不同的感光區(qū)域，三束樣品反射光對應不同的感光區(qū)域。在實施例中，所述系統(tǒng)還包括升降臺50，用于承載樣品51，通過樣品51的移動從而使系統(tǒng)聚焦在樣品51不同深度，實現(xiàn)層析成像。所述系統(tǒng)還包括與成像裝置20連接的計算機(未圖示)。具體地，光源(11、21、31)可分別采用中心波長為642nm、658nm和670nm的單模激光二極管，三束激光經(jīng)擴束、準直后，投射在各自光路中的格柵(13、23、33)上，經(jīng)過透鏡42、半透半反鏡53和顯微物鏡52，格柵(13、23、33)條紋同時成像在樣品51特定深度，三個格柵(13、23、33)的像在空間上具有三分之一條紋周期的橫向平移。樣品反射光經(jīng)過顯微物鏡52、半透半反鏡53和透鏡54后，被分光模塊55分為三束，在成像模塊56三個不同的感光區(qū)域同時獲得三幅不同的圖像，通過圖像處理獲得樣品51特定斷面成像，再通過升降臺50移動樣品51，便可以獲得樣品51不同深度的層析成像。請參考圖2，為本發(fā)明的另一實施例，該實施例中與圖1實施例不同之處在于光源(11、21、31)和分光模塊55，故圖2與圖1采用相同的標號進行說明。所述光源(11、21、31)采用窄帶LED或白光源和帶通濾光片的組合時，分光模塊55為分光鏡組,分光鏡組包含三個分光鏡。具體地，光源(11、21、31)米用中心波長依次為505nm、530nm、565nm，光譜帶寬為IOnm的窄帶LED。三束光經(jīng)擴束、準直后，投射在各自光路中的格柵(13、23、33)上，經(jīng)過透鏡42、半透半反鏡53和顯微物鏡52，格柵(13、23、33)條紋同時成像在樣品51特定深度，三個格柵(13、23、33)的像在空間上具有三分之一條紋周期的橫向平移。樣品反射光經(jīng)過顯微物鏡52、半透半反鏡53和透鏡54后,被分光模塊55分為三束，在成像模塊56三個不同的感光區(qū)域同時獲得三幅不同的圖像，通過圖像處理獲得樣品51特定斷面成像，再通過升降臺50移動樣品51，便可以獲得樣品51不同深度的層析成像。總體歸納，本系統(tǒng)主要包括結(jié)構(gòu)光照明裝置和成像裝置。在結(jié)構(gòu)光照明裝置方面，照明光由三個中心波長相近但光譜互不重疊的窄帶光或激光組成，三路光通過各自獨立的投影路徑，把格柵投影到樣品上獲得結(jié)構(gòu)照明模式；在成像裝置方面，利用分光模塊把不同波長的樣品反射光投影到成像模塊的不同感光區(qū)域并同時進行成像。本系統(tǒng)與現(xiàn)有的多次曝光結(jié)構(gòu)光照明成像裝置不同。本系統(tǒng)利用照明光顏色的不同，實現(xiàn)單次曝光的層析顯微成像，從而可對動態(tài)目標進行快速成像研究。可以理解的是，對于本領域的普通技術人員來說，可以根據(jù)本發(fā)明的技術構(gòu)思做出其他各種相應的改變與變形，而所有這些改變與變形都應屬于本發(fā)明權利要求的保護范圍。
權利要求
1.一種結(jié)構(gòu)光照明層析顯微成像系統(tǒng)，用于樣品層析成像，其特征在于，包括結(jié)構(gòu)光照明裝置，包括第一結(jié)構(gòu)光裝置、第二結(jié)構(gòu)光裝置、第三結(jié)構(gòu)光裝置、對應第一、 第二結(jié)構(gòu)光裝置設置的第一分光鏡、對應第三結(jié)構(gòu)光裝置和第一分光鏡設置的第二分光鏡以及對應第二分光鏡設置的第一透鏡，結(jié)構(gòu)光由第一透鏡出射，所述結(jié)構(gòu)光裝置均包括依次設置的光源、光束準直器和格柵；成像裝置，依次包括第二透鏡、分光模塊以及成像模塊；以及設置于結(jié)構(gòu)光照明裝置與成像裝置的光路之間可將產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)光投影到樣品的半透半反鏡和顯微物鏡；所述結(jié)構(gòu)光經(jīng)半透半反鏡、顯微物鏡投影到樣品，樣品反射光經(jīng)顯微物鏡、半透半反鏡由成像裝置接收，成像裝置的分光模塊將樣品反射光分為三束，由成像模塊接收。
2.根據(jù)權利要求1所述的結(jié)構(gòu)光照明層析顯微成像系統(tǒng)，其特征在于所述結(jié)構(gòu)光照明裝置包括三個光源，分別對應設置在第一結(jié)構(gòu)光裝置、第二結(jié)構(gòu)光裝置以及第三結(jié)構(gòu)光裝置中。
3.根據(jù)權利要求2所述的結(jié)構(gòu)光照明層析顯微成像系統(tǒng)，其特征在于所述各結(jié)構(gòu)光裝置的光源為中心波長相近但光譜互不重疊的窄帶光源。
4.根據(jù)權利要求3所述的結(jié)構(gòu)光照明層析顯微成像系統(tǒng)，其特征在于所述窄帶光源為窄帶LED或激光器或白光源和帶通濾光片的組合。
5.根據(jù)權利要求1所述的結(jié)構(gòu)光照明層析顯微成像系統(tǒng)，其特征在于所述各結(jié)構(gòu)光裝置的格柵的線狀條紋密度相同。
6.根據(jù)權利要求1所述的結(jié)構(gòu)光照明層析顯微成像系統(tǒng)，其特征在于所述成像模塊設有三個不同的感光區(qū)域，三束樣品反射光對應不同的感光區(qū)域。
7.根據(jù)權利要求1所述的結(jié)構(gòu)光照明層析顯微成像系統(tǒng)，其特征在于所述成像模塊為 CCD 或 CMOS。
8.根據(jù)權利要求1所述的結(jié)構(gòu)光照明層析顯微成像系統(tǒng)，其特征在于所述光源采用激光器時，分光模塊為三角棱鏡或光柵。
9.根據(jù)權利要求1所述的結(jié)構(gòu)光照明層析顯微成像系統(tǒng)，其特征在于所述光源采用窄帶LED或白光源和帶通濾光片的組合時，分光模塊為分光鏡組。
10.根據(jù)權利要求1所述的結(jié)構(gòu)光照明層析顯微成像系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)還包括升降臺，用于承載及移動樣品。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種結(jié)構(gòu)光照明層析顯微成像系統(tǒng)，本系統(tǒng)主要包括結(jié)構(gòu)光照明裝置和成像裝置。在結(jié)構(gòu)光照明裝置方面，照明光由三個中心波長相近但光譜互不重疊的窄帶光或激光組成，三路光通過各自獨立的投影路徑，把格柵投影到樣品上獲得結(jié)構(gòu)光照明；在成像裝置方面，利用分光模塊把不同波長的樣品反射光投影到成像模塊的不同感光區(qū)域并同時進行成像。本系統(tǒng)與現(xiàn)有的多次曝光結(jié)構(gòu)光照明成像裝置不同。本系統(tǒng)利用照明光顏色的不同，實現(xiàn)單次曝光的層析顯微成像，從而可對動態(tài)目標進行快速成像研究。
文檔編號G01N21/17GK103018173SQ20121055355
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月19日 優(yōu)先權日2012年12月19日
發(fā)明者鄭煒, 楊守勝 申請人:中國科學院深圳先進技術研究院