[发明专利]一种扩展景深的光场显微成像系统及光学设备

说明书

本发明公开了一种扩展景深的光场显微成像系统，包括样本、物镜、微透镜阵列和相机，物镜和微透镜阵列之间设置反射镜和套筒透镜，微透镜阵列和相机之间设置4f系统，利用物镜与样本之间的介质与样本的折射率不匹配，在光路中引入球差，使得不同角度的光线聚焦在样本不同的深度；同时充分利用光场角度的冗余性，使用传统的解卷积算法，达到了扩展光场景深的技术效果，实现了大轴向范围、高分辨率的三维显微成像效果。本发明还公开了一种包含扩展景深的光场显微成像系统的光学设备。

技术领域

本发明属于光场三维成像技术领域，尤其涉及一种扩展景深的光场显微成像系统及光学设备。

背景技术

光场成像是一种快速三维成像方法。相较于其它显微成像技术，光场成像具有高通量、高并行化、低光毒性的特点。由于光场系统在单曝光时间内采集到了样本的三维信息，光场成像非常适用于活体样本的长时三维观测。

光场系统通过在光路中加入一个微透镜阵列来同时采集样本荧光的空间和角度信息。因此，对于三维成像而言，光场采集到的大量角度信息是冗余的。相比于传统的宽场显微技术，光场系统的景深已经扩展了1-2个数量级，但是对于一些活体样本，当前光场的景深范围还不足够覆盖整个样本。

发明内容

针对上述现有技术中存在的光场的景深不足够大的技术问题，本发明的目的在于提供一种扩展景深的光场显微成像系统及光学设备。

为达到上述目的，本发明提出了一种扩展景深的光场显微成像系统，包括样本、物镜、微透镜阵列和相机，物镜和微透镜阵列之间设置反射镜和套筒透镜，微透镜阵列和相机之间设置4f系统，利用物镜与样本之间的介质与样本的折射率不匹配，在光路中引入球差，使得不同角度的光线聚焦在样本不同的深度。

本发明利用物镜与样本之间的介质与样本的折射率不匹配，在光路中引入较大的球差，使得不同角度的光线聚焦在样本不同的深度，同时利用光场角度的冗余性，使用传统的解卷积算法，获得两倍的景深扩展，实现大轴向范围、高分辨率的三维显微成像结果。

进一步地，物镜为空气镜时，球差的引入方式为：在空气镜和样本之间设置透明玻璃片或者将空气镜浸没在水或油溶液中；物镜为油镜或水镜时，球差的引入方式为：在使用时去掉水镜或油镜的成像介质。

本发明引入球差的方法不限于上述方法，能够改变物镜与样本之间介质的折射率的方法均可引入球差。

通过在空气镜和样本之间设置透明玻璃引入球差时，透明玻璃的厚度根据实际需要选择不同的厚度。

进一步地，将空气镜浸没在水或油溶液中的具体步骤为：将样本放置在培养皿中，将水或油溶液倒入培养皿至液面没过样本。

进一步地，去掉水镜或油镜的成像介质的操作方法为：在使用水镜或油镜时分别不添加水或油溶液。

进一步地，油溶液为香柏油或石蜡油。

进一步地，4f系统包括两个焦距为f的透镜，两个透镜之间的距离为2f，透镜的物距和相距均为f。

进一步地，微透镜阵列包括若干个透镜单元，用于采集样本荧光的空间和角度信息。

本发明还提供了一种包含扩展景深的光场显微成像系统的光学设备。

相对于现有技术，本发明的技术效果为：本发明涉及的扩展景深的光场显微成像系统通过改变物镜与样本之间介质的折射率，在光路中引入较大的球差，使得不同角度的光线聚焦在样本不同的深度；同时充分利用光场角度的冗余性，使用传统的解卷积算法，达到了扩展光场景深的技术效果，实现了大轴向范围、高分辨率的三维显微成像效果。相比传统光场显微成像，本方法可以将景深扩展2倍，实现毫米级景深。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：