基于led陣列的多模式顯微成像系統(tǒng)及其方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于光學成像技術，特別是一種基于LED陣列的多模式顯微成像系統(tǒng)及其 方法。
【背景技術】
[0002] 明場成像、暗場成像和差分相襯成像是比較常見的三種顯微成像方法，目前多數(shù) 顯微鏡都具備這三種成像模式。明場成像和暗場成像是最常用的兩種顯微成像方法，兩者 的區(qū)別在于：照明方式不同。如果只允許透射光束通過物鏡光闌成像，稱其為明場像；如果 只允許衍射光束通過物鏡光闌成像，則稱為暗場像。所以明場是讓照明孔徑在物鏡數(shù)值孔 徑以內(nèi)，視場是明亮的；而暗場是則是讓照明孔徑在物鏡數(shù)值孔徑以外，而不讓照明光束通 過物鏡光闌成像，但是標本中的結構能夠衍射光線，這些衍射光有一部分通過物鏡光闌成 像，所以在黑暗的背景上能夠看到表現(xiàn)標本中細微結構的亮點和亮線（1、劉曉云，龍興武， 黃云，周寧平，高伯龍.相襯顯微鏡襯比的分析[N].光子學報，1999,28(1))。
[0003] 還有一種常見的成像方式是相差顯微成像。1935年荷蘭科學家Zernike利用相差 顯微成像技術發(fā)明了相差顯微鏡，并將其用于觀察未染色標本?；罴毎臀慈旧纳飿?本，因細胞各部細微結構的折射率和厚度的不同，光波通過時，波長和振幅并不發(fā)生變化， 僅相位發(fā)生變化，這種相位差人眼無法觀察。而相差顯微鏡利用物體不同結構成分之間的 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ü鈴姸龋┑牟顒e，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。該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。光線透過標本后發(fā)生折射， 偏離了原來的光路，同時被延遲了 1/4X(波長），如果再增加或減少1/4A，則光程差變?yōu)?1/2X，兩束光合軸后干涉加強，振幅增大或減下，提高反差。在構造上，相差顯微鏡有不同 于普通光學顯微鏡3個特殊之處：1.環(huán)形光闌（annulardiaphragm)位于光源與聚光器之 間，作用是使透過聚光器的光線形成空心光錐，焦聚到標本上；2.相位板（phas印late)在 物鏡中加了涂有氟化鎂的相位板，可將直射光或衍射光的相位推遲1/4X;3.合軸調(diào)節(jié)望 遠鏡：用于調(diào)節(jié)環(huán)狀光闌的像與相板共軛面完全吻合（2、朱曉輝，朱忠勇.相差顯微鏡的原 理、結構和臨床應用[J].臨床檢驗雜志，2007, 24(4) :308-310.)。
[0004] 類似于相差顯微成像的成像效果，差分相襯成像也是一種常見的顯微成像方法， 使用該方法可使樣品的細微結構呈現(xiàn)出正或負的投影形象，通常是一側(cè)亮，而另一側(cè)暗，類 似大理石上的浮雕，這樣便人為地造成了樣品的三維立體感。
[0005] 但是這些顯微鏡有一個共同的缺點就是都需要在成像光路中加入附加的光學元 件（例如環(huán)形光闌、相位板等），而這無形中增加了光路調(diào)節(jié)的復雜度。這些傳統(tǒng)的顯微 鏡使用固定的柯勒照明系統(tǒng)，難以實現(xiàn)照明孔徑、照明角度、光源相干性靈活可調(diào)。傳統(tǒng)顯 微鏡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（3、劉溪、張志恒、李越敏.顯微鏡的使用及維護[J].教學儀器與實驗：中學版， 2005(9) :30-30.) 〇
[0006] 在很多情況下，一臺設計精良的顯微鏡并不一定會獲得良好的成像質(zhì)量。其主要 原因多半是光源未調(diào)校好，使標本不能獲得充分的照明所致。所以對于顯微鏡的照明光源 的改進不僅需要設計好光源與載物臺之間的距離，而且需要使得顯微鏡標本的照明狀態(tài)明 亮、無眩光、且視場照度均勻；調(diào)節(jié)光路的操作簡便。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的在于提供一種基于LED陣列的多模式顯微成像系統(tǒng)及其方法，從而 實現(xiàn)在無復雜光學結構前提下的明場成像、暗場成像和差分相襯成像。
[0008] 實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術解決方案為：一種基于LED陣列的多模式顯微成像系統(tǒng)及 其方法，包括成像系統(tǒng)，該成像系統(tǒng)包括相機、筒鏡、物鏡、樣品、樣品載物臺，其中相機和物 鏡安裝在筒鏡的兩端，距離固定；物鏡與樣品之間的距離可調(diào)，樣品放置在可平移的樣品載 物臺上；LED陣列設置在樣品載物臺下方，并距離載物臺上表面50-70mm的位置，該LED陣 列的中心處于成像系統(tǒng)的光軸上。
[0009] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，其顯著優(yōu)點：（1)解決傳統(tǒng)顯微鏡在明場、暗場、差分相 襯成像時光路復雜，操作難度大的問題，采用LED陣列作為顯微系統(tǒng)的照明光源，從而實現(xiàn) 明場、暗場和差分相襯成像時無需在傳統(tǒng)顯微鏡的成像光路中加入任何附加光學元件（例 如環(huán)形光闌、相位板等），大大簡化了光學系統(tǒng)。（2)放棄了傳統(tǒng)顯微鏡使用固定柯勒照明 系統(tǒng)，利用LED陣列使得顯微鏡簡便獲得多角度照明光、多照明孔徑、光源相干性多變可 控。（3)無需機械的移動光源位置，從而實現(xiàn)實時準確的測量。
[0010] 下面結合附圖對本發(fā)明作進一步詳細描述。
【附圖說明】
[0011] 圖1是LED陣列的明場、暗場、差分相襯顯微成像系統(tǒng)構成示意圖。
[0012] 圖2是明場成像原理示意圖。
[0013] 圖3是明場成像原理示意圖。
[0014] 圖4是差分相襯成像原理示意圖。
[0015] 圖5是明場、暗場成像流程圖。
[0016] 圖6是差分相襯成像流程圖。
【具體實施方式】
[0017] 結合圖1，本發(fā)明基于LED陣列的多模式顯微成像系統(tǒng)，利用LED陣列作為顯微成 像系統(tǒng)的照明光源、多角度照明光、多照明孔徑、光源相干性多變可控，從而實現(xiàn)在無復雜 光學結構前提下的明場成像、暗場成像和差分相襯成像，包括傳統(tǒng)的成像系統(tǒng)1，該成像系 統(tǒng)1包括相機2、筒鏡3、物鏡4、樣品5、樣品載物臺6,其中相機2和物鏡4安裝在筒鏡3的 兩端，距離固定；物鏡4與樣品5之間的距離可調(diào)，樣品5放置在可平移的樣品載物臺6上； 其特征在于LED陣列7設置在樣品載物臺6下方，并距離載物臺上表面50-70mm的位置，該 LED陣列7的中心處于成像系統(tǒng)1的光軸上。
[0018] 本發(fā)明基于LED陣列的多模式顯微