[发明专利]基于微透镜阵列的高分辨并行显微成像仪

说明书

技术领域

本发明涉及显微检测仪器设计及制造领域，尤其是涉及一种基于微透镜阵列的高分辨并行显微成像仪。

背景技术

点扫描共聚焦显微镜已经广泛应用于生物医学等研究领域，是必不可少的科研工具。目前商业点扫描共聚焦显微镜大都采用振镜进行单点扫描成像，但是其单点扫描的成像速度限制了点扫描共聚焦显微镜在活细胞等领域中进一步地推广应用。

近年来，有很多技术被提出，用于提高点扫描共聚焦显微镜的成像速度。但是，这些技术常常以牺牲分辨率等其他性能来改善成像速度，仍不能在保证分辨率前提下很好地解决点扫描共聚焦显微镜的成像速度慢这一问题。

发明内容

本发明的目的是：

提供一种分辨率高且呈现速度快的基于微透镜阵列的高分辨并行显微成像仪。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种基于微透镜阵列的高分辨并行显微成像仪，包括照明模块、扫描模块、探测模块、控制模块及图像重建模块，其中：

所述照明模块包括激光器、第一透镜、第二透镜、微透镜阵列及第三透镜，所述微透镜阵列由若干微透镜组成，所述激光器出射的激光光束经所述第一透镜和第二透镜准直扩束后形成扩束光束，所述扩束光束再入射到所述微透镜阵列后形成多个阵列聚焦光斑，所述多个阵列聚焦光斑发出的光束再经所述第三透镜准直后形成多束平行光束；

所述扫描模块包括二色镜、物镜及纳米位移台，所述纳米位移台可在XYZ三维方向移动，所述纳米位移台上承载有待检测样品，所述多束平行光束经所述二色镜后入射进入所述物镜，并在所述物镜的前焦面处发生干涉，形成具有光斑的干涉阵列光场，所述具有光斑的干涉阵列光场对所述样品进行并行照明，使得所述样品产生并行光信号；

所述探测模块包括带通滤色片、探测透镜以及面阵探测器，所述并行光信号经所述物镜及所述二色镜后再依次进入所述带通滤色片、探测透镜以及面阵探测器，并在所述面阵探测器的感光面形成阵列光斑，所述面阵探测器探测所述阵列光斑，并对所述阵列光斑进行空间滤波及对所述阵列光斑的像素进行再分配处理，以形成较小的阵列光斑，并将所述较小的阵列光斑转化为电信号；

所述控制模块电性连接于所述面阵探测器和所述纳米位移台，所述控制模块用于采集所述电信号；

所述图像重建模块电性连接于所述控制模块，所述图像重建模块根据所述控制模块采集所述探测器与所述纳米位移台的所述电信号实现基于干涉阵列光场的高分辨率并行扫描成像图像重建。

在其中一些实施例中，所述扩束光束中的一束入射光束经所述微透镜阵列后形成阵列聚焦光斑，所述阵列聚焦光斑的数量与所述微透镜阵列中微透镜的数量相同。

在其中一些实施例中，所述面阵探测器为CCD或CMOS相机中的一种。

本发明采用上述技术方案的优点是：

本发明提供的基于微透镜阵列的高分辨并行显微成像仪，对照明模块进行设计以利用微透镜阵列生成包含大量光斑的阵列光场，从而实现了样品的并行照明，提高扫描成像速度；同时，本发明提供的基于微透镜阵列的高分辨并行显微成像仪，采用面阵探测器接收阵列光斑，并对阵列光斑中的每个光斑进行像素再分配处理，实现高分辨、高信噪比的并行显微成像。

本发明提供的基于微透镜阵列的高分辨并行显微成像仪，利用微透镜阵列形成的阵列光场和像素再分配技术，可以提高点扫描显微技术的成像速度和分辨率，同时还能保证图像具有较高的信噪比，提高了图像质量，有利于点扫描显微技术在亚细胞结构观察、细胞动态过程观察等研究方面的应用，有益于生物医学领域的发展。

附图说明

图1为本发明实施例提供的基于微透镜阵列的高分辨并行显微成像仪结构示意图。

图2(a)为样品处的照明阵列光斑的结构示意图；

图2(b)为面阵探测器上的探测阵列光斑的结构示意图；

图2(c)为单个阵列光斑及1AU虚拟针孔区域的结构示意图；

图2(d)为1AU虚拟针孔对应的像素区域的结构示意图；

图2(e)为经过像素再分配后的新光斑及新虚拟针孔的结构示意图；

图2(f)为经过像素再分配后的新虚拟针孔对应的像素区域的结构示意图；

图2(g)为经过像素再分配后的新阵列光斑的结构示意图；

图3为样品沿Y方向移动前(实心)和移动后(虚线)样本上阵列光斑的相对位置，光斑间距为d，移动步距d_s的结构示意图。